智能传感器参考文献(传感器外文参考文献)

 

近日，俄亥俄州立大学的科学家们在实验室里成功测试了一种生物传感器，可用于检测与创伤性脑损伤相关的生物标志物。

在今年一月发表于学术期刊Small的研究报告中，研究者们表示团队所研发的防水生物传感器配备了空前的功能组合，令其能够检测人体内种种化学物质的浓度变化，并将数据结果实时传送给研究者。不仅如此，这种芯片还柔韧而薄于发丝，使得其能以微小的入侵性在大脑里工作。

生物传感器在人体大脑工作的设想图 | 参考文献[1]

虽然在实验室的测试之后还有许多工作要做，但我们的调查发现非常振奋人心。该研究的合著者、俄亥俄州立大学材料科学与工程学的助理教授Jinghua Li如此评论。

尽管如同该研究团队开发的这种生物传感器有着种种潜在的用途，Li和其他合著者们在这项研究中却特别关注如何运用他们的生物传感器来监测创伤性脑损伤（TBI）患者的病情。

身兼俄亥俄州立大学慢性脑损伤项目（Chronic Brain Injury, CBI）成员的Li表示，在经历这种脑部损伤之后，通过检测大脑脑脊髓液中钠离子和钾离子的浓度变化可继而测出可能会发生的继发性脑损伤。

Li介绍说：我们想要的生物传感器能够通过持续监测脑组织，以探测脑脊髓液中离子浓度的变化，而这些变化会出现在TBI的第二阶段，是病情恶化的早期预兆。

研究者们将该生物传感器置于模拟脑脊髓液的人工溶液中进行测试后，发现生物传感器可以精准检测出对TBI至关重要的钾离子和钠离子指标。而除了在人造脑脊髓液中的测试，研究团队还在人类血清中利用该生物传感器成功地监测了pH值。

传感器的运作机制

那么这种生物传感器是如何工作的呢？原来该芯片搭载被称作场效应晶体管的电子元件，在感知到目标化学物质时会传输可以在体外监测并分析的电信号。尤其重要的是，研究者们还开发了校准标准来解决所谓的串扰问题（crosstalk）。

基于离子载体的离子选择膜使得生物传感器能够捕捉和探测离子浓度变化 | 参考文献[2]

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当我们创造一个生物传感器时，我们希望确保这个设备只对我们感兴趣的特定化学物质作出反应，而忽略其他生物标记的串扰，但这在人类身体这般的复杂系统中是很难实现的。Li如此解释道。

Li同时表示，虽然生物传感器需要能够在大脑的液体中检测到生物标记的变化，但与此同时芯片里的电子设备也必须得到保护，以免受到这些液体的影响。

因此，这项研究还发现了一种在1000 °C以上的温度下锻造、由二氧化硅薄膜制成的防水包裹物，在流体环境中作为屏障材料，提供高度结构完整性。

二氧化硅薄膜防水包裹物覆蓋在传感器表面 | 参考文献[2]

为了测试这种包裹物在人体内能维持多久，研究者们用不同的方法进行了测试，比如把它放在加热的液体以及不同pH值的物质中。Li表示说，研究结果表明这种厚达数百纳米的防水包裹物在体温下至少能够维持数年，甚至可能更长时间。

传感器的提升空间

研究结果还表示对于该生物传感器而言，目前最关键的问题在于能够感应化学物质的部件仅能有效工作数周。

除此之外，在该生物传感器可以准备在动物和人体上进行测试之前，还有其他一些问题需要解决：生物组织对传感器的长期反应还有待进一步研究；考虑到生物系统的复杂性，与串扰相关的问题仍有待解决；如何量产这种传感器等等。但是无论如何，这项研究为生物传感器在医疗保健领域的应用前途提供了更多有力的证据。

产业化应用前景

Li相信生物传感器不仅可以用来如同在这项研究中一样分析离子和神经递质，还可以分析体内的肽、蛋白质、核苷酸以及其他化学物质。生物传感器的成功应用不仅能成为检测TBI的突破，也能有效利用于其他慢性疾病，诸如帕金森症和阿兹海默症。

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我们相信利用生物传感器来获取和分析的健康数据，对于跟踪长期健康状况以便早期干预和治疗疾病至关重要。Li如此说道。

参考文献

[1] Jinghua Li’s team developing biosensor to monitor brain tissue. (2022, February 4). The Ohio State University College of Engineering. Retrieved February 12, 2022, from https://engineering.osu.edu/news/2022/02/jinghua-lis-team-developing-biosensor-monitor-brain-tissue

[2] Dong, Y., Chen, S., Liu, T.-L., Li, J., Materials and Interface Designs of Waterproof Field-Effect Transistor Arrays for Detection of Neurological Biomarkers. Small 2022, 2106866. https://doi.org/10.1002/smll.202106866

编译：张明宇

编辑：酥鱼

排版：尹宁流

研究团队

通讯作者Jinghua Li：美国俄亥俄州立大学材料科学与工程学助理教授

第一作者Yan Dong：美国俄亥俄州立大学材料科学与工程学博士后

第二作者Shulin Chen：美国俄亥俄州立大学材料科学与工程学博士生

第三作者Tzu-Li Liu：美国俄亥俄州立大学材料科学与工程学博士生

俄亥俄州立大学材料科学与工程学助理教授Jinghua Li 和博士后Yan Dong、博士研究生Shulin Chen以及Tzu-Li Liu共同进行了这项研究

论文信息

发布期刊Small

发布时间2022年1月13日

论文标题

Materials and Interface Designs of Waterproof Field-Effect Transistor Arrays for Detection of Neurological Biomarkers

（DOI：https://doi.org/10.1002/smll.202106866）

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