美国麻省理工学院(MIT)的一个跨学科研究小组打造出一种新型的活性传感器,其方式是结合水凝胶(由高达95%的水组成)的特殊性质与基因改造的活细胞,使其富有弹性与生物兼容性,并可在遇到某种化学物质发光。

研究人员从细胞注入的水凝胶中制造出不同的穿戴式传感器,包括带有指套的橡胶手套在触摸经化学污染的表面后发出光泽,以及一种贴在人体皮肤上的绷带,在按压到化学物质后会发亮。

这项研究发表在美国国家科学院(National Academy of Sciences;NAS)最近一期的院刊上,文中展示了这种新材料有潜力能感测在环境中与人体中的化学物质。

根据MIT机械工程副教授Xuanhe Zhao的说法,这种混合的“活性材料”适用于感测各种不同的化学物质和污染物,应用范围从犯罪现场调查和法医科学到污染监测和医疗诊断等。虽然水凝胶能有效地将活细胞限制在潮湿和营养丰富的环境中,但它也够坚韧且具有生物兼容性,足以与其他软性橡胶材料共同设计,从而打造出多功能的生物化学传感器。

在过去,科学家只能在仔细控制的环境中以培养皿保存活细胞,因而难以利用活细胞在合成材料中的荧旋旋旋旋旋旋光性质。在这项研究中,研究人员先采用3D印刷和微成型技术,制造出水凝胶层和图案化的窄信道。

接着,研究人员融合水凝胶至一层弹性气孔,使氧气得以进入,并将大肠杆菌细胞注入通道中,使其在与某些化学物质(可让水凝胶通过)接触时发出荧光。将水凝胶/弹性混合材料浸泡在营养液中,使得整个水凝胶中注满营养成份,则可维持细菌细胞存活和活跃数天。

由混合弹性体/水凝胶复合物制成的手套指套与绷带,填充对不同化学物质起反应的细胞,当侦测病原体时即发出光泽

这种混合材料可嵌入窄通道,可设计成对各种生物化学物质发生反应(可将每一种化学物质设计成都有相应发光的细菌),而打造出可穿戴的贴片或具有感测尖端的手套。“活性贴片”在感测到各自的化学敏感物质即以发亮作回应。

该研究小组还开发出一个理论模型,协助指导其他研究人员设计类似的活性材料和设备。Zhao预计,这种手套或橡胶鞋底内衬化学感测水凝胶或绷带,即可用于检测感染或疾病迹象。

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