生物传感器综述：传感器技术保护人类健康

传感器催生了当今该领域许多最令人兴奋的技术，包括自动驾驶汽车、物联网和可穿戴设备。传感器技术的一个应用是生物传感，它对人类生活产生了巨大影响。

 

康考迪亚大学的生物传感器，用于检测变质的肉类。图片由康考迪亚大学提供

 

2022年即将结束，许多公司和研究人员宣布了生物传感领域的新进展，可以保护人类健康免受食源性疾病的影响。在本文中，我们将查看其中的一些公告，以讨论生物传感器硬件是如何发展的，以及它对医疗和公共卫生部门的影响。

 

传感器检测腐烂的肉

本月早些时候，康考迪亚大学Shih微流体实验室的研究人员宣布了一种检测腐烂肉类的新系统。

生物传感器技术可以识别腐胺的存在，腐胺是一种可能出现在变质牛肉中的毒素，与呕吐、心悸和患癌症的风险有关。在研究人员发表的研究中，他们描述了一种利用无细胞蛋白质合成的生物传感器，该合成利用细胞的生物过程来生产蛋白质。具体来说，他们的传感器使用腐胺阻遏蛋白PuuR来指示腐胺的存在。

 

生物传感器的工作机理。图片由ACS Applied Bio Materials提供

 

该团队制作了一种纸基生物传感器，其中腐胺被添加到无细胞系统中。然后将溶液添加到纸质设备中，使研究人员能够在紫外线下快速可靠地视觉识别腐胺的存在。

该团队声称，这种新系统代表了一种快速、廉价和一次性的检测肉类产品中毒素存在的方法。最终，他们相信它可以用来监测肉类质量和预防食源性疾病。

 

一种新的无创检测口腔癌症的方法

佛罗里达大学和台湾国立阳明交通大学的研究人员最近也宣布了一种可以检测口腔癌的新型生物传感器。

口腔鳞状细胞癌是最常见的唇和口腔癌症类型之一。这种类型的癌症越早被发现，就可以挽救更多的生命。迄今为止，检测口腔癌症的标准方法是通过活检，这是一种侵入性、耗时且昂贵的方法。

 

传感器PCB基本原理图。图片由《真空科学与技术杂志》提供

 

在该团队最近发表的论文中，研究人员设计了一种检测口腔鳞状细胞癌的生物传感器设备。该设备由一个基于MOSFET的传感器组成，其中来自改良葡萄糖条的输出用于驱动晶体管的栅极。根据癌症细胞的存在，晶体管在漏极输出更高或更低的模拟电压，然后由专用PCB检测。

该传感器的灵敏度比商用测试试剂盒高出六个数量级。该团队希望这能成为在医疗和诊断设备中开发快速、低成本和便携式免疫测定的第一步。

 

肝脏芯片提供预测毒理学

我们综述中的最后一条生物传感器消息来自体外模型提供商Emulate，该公司最近宣布了一项新的生物传感器研究。

Emulate的人体肝脏芯片是一种模拟人体肝脏的设备，用于测试和评估不同毒理学对人体的影响。在发表在《自然通讯医学》上的这项研究中，研究人员在27种已知的肝毒性和无毒药物的盲组中测试了870个肝芯片。研究结果发现，使用Emulate的肝脏芯片可以提高患者的安全性，并将因肝脏毒性导致的小分子临床试验失败率降低87%。

 

仿真肝脏芯片示意图。图片由Nature Communications Medicine提供

 

该公司声称，这项最新研究进一步验证了芯片上器官技术，该技术可以帮助消除动物测试的需要，并加快药物测试过程。最终，他们希望他们的技术能够以比以前更快、更便宜、更安全的方式为人们提供新药。

 

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随着医疗和科技行业越来越相互交织，你预计生物传感器的设计会面临哪些挑战？在下面的评论中分享你的想法。