新型植入式納米管生物感測器

洛桑聯邦理工學院的科學家們利用合成生物學開發了新的納米管生物感測器，這提高了它們在血液、尿液等複雜生物流體中的感測能力。該研究發表在Journal of Physical Chemistry Letters（「Xeno nucleic acid nanosensors for enhanced stability against Ion-Induced Perturbations」）中。

生物感測器是能夠檢測空氣，水或血液中的生物分子的裝置。它們廣泛應用於藥物開發，醫學診斷和生物研究。對糖尿病等疾病中生物標誌物的持續、實時監測的需求日益增長，目前正在推動開發高效攜帶型生物感測器設備。

圖片為該論文的兩位作者Alice Gillen和NilsSchürgers用新的DNA納米管複合物製作感測器凝膠。（圖片來源：Alessandra Antonucci）

目前正在開發的一些最有前景的光學生物感測器是使用單壁碳納米管製成的。碳納米管的近紅外發射位於生物材料的光學透明窗口內。這意味著水，血液和皮膚等組織不會吸收發射的光，使這些生物感測器成為植入式感測應用的理想選擇。因此，這些感測器可以放置在皮膚下面，並且仍然可以檢測到光學信號，而不需要刺穿表面的電觸點。

然而，在生物流體中無處不在的鹽，對設計可植入裝置時產生了普遍的挑戰。已經證明，在人體內天然存在的鹽濃度的波動會影響基於用單鏈DNA包裹的單壁碳納米管的光學感測器的靈敏度和選擇性。

為了克服其中的一些挑戰，來自洛桑聯邦理工學院Ardemis Boghossianat實驗室的一組研究人員使用合成生物學設計了穩定的光學納米管感測器。合成生物學的應用增加了光學生物感測器的穩定性，使其更適合用於血液、尿液、甚至人體內的複雜流體中的生物感測應用。

「我們所做的是用"xeno"核酸（XNA）來包裹納米管，或者是合成DNA，它能夠耐受我們身體自然經歷的鹽濃度變化，從而提供更穩定的信號，」Ardemis Boghossian說。該論文的第一作者Alice Gillen領導了研究某些鹽如何影響生物感測器光發射。

該研究涵蓋了在常見生物流體中發現的生理範圍內不同的離子濃度。通過監測納米管信號的強度和信號波長的變化，研究人員能夠證實生物工程感測器比傳統上該領域使用的DNA感測器在更大的鹽濃度範圍內表現出更高的穩定性。

「這確實是第一次真正的合成生物學方法被應用於納米管光學領域，」Boghossian說。 「我們認為這些結果對於開發下一代光學生物感測器來說是令人鼓舞的，這些感測器對於諸如連續監測這樣的植入式感測應用更有前景。」

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