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新型传感器技术如何改善人类疾病的诊疗?

来源:本站原创 2018-12-18 21:48

长期以来,科学家们一直在研究试图利用传感器技术来改善人类疾病的诊疗,那么在该领域科学家们都取得了哪些重要的研究成果呢?本文中,小编对相关研究成果进行了整理,分享给大家!

【1】Nat Biotechnol:重磅!科学家开发出新型微型传感器 或有望加速癌症的诊断

doi:10.1038/nbt.4316

近日,一项刊登在国际杂志Nature Biotechnology上的研究报告中,来自美国雪城大学的科学家们通过研究开发了一种新型的纳米材料来改善癌症的检测。文章中,研究人员通过研究开发了一种微型传感器,其能够特异性地分析血清中蛋白质-蛋白质之间的相互作用(PPIs),而PPIs所提供的信息或许对于生物医学研究而言是一大福音,因为目前很多研究人员正在试图使促进癌细胞生长和扩散的蛋白质失去功能。

研究者Liviu Movileanu教授表示,详细解读人类基因组的相关信息或能为研究人员提供新的思路来鉴别更多功能性的蛋白质,而PPIs强度的主要干扰就会导致机体疾病的发生,由于这些相互作用具有暂时性,因此研究人员就需要新方法来对其进行评估。这项研究中,研究人员通过研究设计、开发并且优化了一类特殊的生物物理学工具,即纳米传感器,其是一种高度敏感性、基于孔隙的工具,能够在单分子水平下对机体中的机械过程进行检测,比如PPIs。

【2】iScience:新型生物传感器或能有效监测癌症的转移潜能

doi:10.1016/j.isci.2018.11.022

侵袭性癌细胞从肿瘤原始位点扩散到机体远端被称为癌症转移,癌细胞转移是诱发癌症患者死亡的主要原因,近日,一项刊登在国际杂志iScience上的研究报告中,来自加州大学圣地亚哥医学院的科学家们通过研究开发了一种工程化的传感器,其能检测并且测定单一癌细胞的转移潜能。

研究者Pradipta Ghosh教授说道,当并未发生转移时癌症或许并没有想象中那么可怕,尽管目前有很多方法能够检测癌症是否发生转移,但研究人员无法观察或测定肿瘤细胞在未来发生转移的可能性或潜力;这项研究中,研究人员就克服重重困难,开发了一种工程化的生物传感器,其能监测驱动肿瘤转移的多个信号程序,这种生物传感器能够检测到这些信号,而且这些信号只有当肿瘤细胞获得高转移潜能并可能致命时才会被激活。

【3】Science:新型生物传感器在15分钟内定量检测一滴血中的代谢物浓度

doi:10.1126/science.aat7992

在一项新的研究中,来自德国马克斯-普朗克医学研究所、海德堡大学儿童医院、瑞士洛桑联邦理工学院和洛桑大学医院的研究人员开发出一种新型生物传感器,它能够利用一滴血准确地定量测试代谢物浓度。这种方法的准确性和简单性可能让它成为一种诊断和监测多种疾病的首选工具。相关研究结果发表在2018年9月14日的Science期刊上。

疾病或损伤能够导致血液中的代谢物水平发生显著变化,其中代谢物是人体新陈代谢产生的化合物。比如,血液中增加的苯丙氨酸水平是遗传疾病苯丙酮尿症(PKU)的一种典型特征。患有PKU的婴儿中的血液苯丙氨酸水平需要通过饮食加以控制,以避免不可逆的大脑损伤。因此,必须能够定期监测血液中的苯丙氨酸水平。

然而,这种监测当前需要将血液样品送到实验室,而且结果需要几天才能到达患者手中。这种延迟常常使PKU患者及其医生对疾病的管理复杂化。如果能够即时测试(POCT)疾病相关代谢物的血液浓度(理想情况下由患者自己开展),则对多种疾病的治疗就可能得到改善。

【4】Science子刊:利用石墨烯传感器高灵敏度地检测HIV

doi:10.1126/sciadv.1701247

在一项新的研究中,来自德国于利希研究中心、荷兰莱顿大学和中国上海大学的研究人员发现了一种优雅而又简单的方法来改进石墨烯传感器的灵敏度。这些所谓的“下一代石墨烯电子生化传感器设备”因具有非常低的电子噪音而能够检测含量非常低的HIV DNA。相关研究结果发表在2017年10月25日的Science Advances期刊上。

石墨烯的丰富电子特性已吸引了人们利用这种二维材料进行电子检测化学物和生物分子的巨大兴趣。莱顿大学莱顿化学研究所资深研究员Wangyang Fu说,“在过去的几年里,我们一直致力于收集石墨烯提供的独特的物理和化学特性,用于开发多功能的电子传感器设备。然而,制造实际的石墨烯电子传感器很大程度上依赖于我们理解和维持低水平电子噪音的能力。我们认为这是限制这种传感器分辨率的根本原因。”

【5】Nature子刊:开发出基于纳米颗粒的生物传感器检测胰腺癌

doi:10.1038/s41551-016-0021

胰腺癌是癌症死亡的主要原因之一,这是因为在早期阶段,它通常是无法检测到的。在一项新的研究中,来自美国亚利桑那州立大学的Ye Hu和他的同事们开发出一种快速的廉价的基于纳米颗粒的胰腺癌诊断方法。这种方法部分上是利用胰腺癌释放的囊泡表面上的一种生物标记物开发的。相关研究结果于2017年2月6日在线发表在Nature Biomedical Engineering期刊上。

肿瘤产生时,它们释放微小的囊泡到病人的血液中。如果生物传感器能够分离和鉴定出这些囊泡,那么利用针刺取得病人的手指血液,对所取得的血液样品进行分析,就可能潜在较早地检测癌症。Hu说,这一过程应比更加常规的活组织检查或正电子发射计算机断层扫描更加简单和更加低廉。

他解释道,所有细胞都释放囊泡,确定这些囊泡是来自健康的细胞还是来自肿瘤组织是一大挑战。如今,他和他的同事们发现胰腺癌释放出的囊泡过量表达表面蛋白EphA2。

【6】ACS Cent Sci:开发出细菌传感器检测内分泌干扰物

doi:10.1021/acscentsci.6b00322

接触内分泌干扰物(endocrine-disrupting chemicals, EDCs)与肥胖和癌症等疾病相关联。EDCs是干扰天然的激素受体的化合物。它们存在于多种消费品中,比如双酚A(bisphenol A, BPA)能够在一些塑料容器中发现。在一项新的研究中,来自美国加州大学伯克利分校的研究人员利用大肠杆菌开发出一种新的方法来检测EDCs

研究者Ariel Furst说,“如今由于污染、水力压裂和其他的工业过程,有很多EDCs在环境中发现。”她补充道,这些化合物“能够对健康产生有害的作用,导致疾病和其他问题”。大肠杆菌细胞容易在它们的表面上表达雌激素受体。利用这一点,Furst和同事们利用两种组分构建出一种“电化学夹心检测法”和基于这种方法的传感器。这两种组分为:冻干的工程大肠杆菌,这种工程大肠杆菌已接受基因改造而能够在它们的表面上展示雌激素受体;一次性使用的电极,该电极经蛋白修饰,而且这种蛋白仅当EDCs存在时才结合到雌激素受体上。Furst解释道,“当EDCs存在时,这些大肠杆菌结合到这种电极上,然后我们能够利用电化学性质计算电极表面上的细菌数量。”

【7】Nature子刊:指导肿瘤切除的新利器---纳米荧光传感器

doi:10.1038/s41551-016-0006

根据一项最新研究,一种新型纳米荧光传感器可以特异性地在肿瘤组织“打开”并发出荧光,帮助医生准确切除肿瘤组织,并在最大程度上保留正常组织,这项研究成果发表在《自然—生物医学工程》杂志上。

据研究人员报道,这项突破性的技术适用于任何类型的肿瘤,他们将在明年进行人体临床试验。据报道,研究人员将这种纳米探针注射到小鼠的肿瘤组织后,一旦接触肿瘤细胞,这种探针就会打开并照亮肿瘤组织。研究者表示,这表明与正常组织相比,人肿瘤组织偏酸性,我们也正是利用了肿瘤组织的这个特点。

【8】Nanoscale:开发出携带透明传感器的葡萄糖检测隐形眼镜

doi:10.1039/C6NR05134K

一项新的研究提示着1型糖尿病患者可能有朝一日能够通过隐形眼镜上的一种透明的传感器监控他们的血糖水平,甚至控制他们的胰岛素输注。

这种传感器使用一种纳米结构的晶体管---特别是一种无定形的铟镓氧化物场效应晶体管(IGZO FET),能够检测眼睛泪液等生理缓冲液中微小的葡萄糖变化。

来自美国俄勒冈州立大学的研究人员说,他们利用IGZO FET制造出的传感器将能够传送实时的葡萄糖信息到一种运送调节血糖所需的激素:胰岛素和胰高血糖素的穿戴式泵中。事实上,这种传感器和这种泵发挥着一种人工胰腺的作用。研究者Greg Herman表示,我们有发挥作用的完全透明的传感器。我们接下来想要做的事情就是充分进行通信方面的开发,并且我们想要利用完整的隐形眼镜作为检测和通信电子仪器的承载平台。”

【9】Sensor Actuat B-Chem:开发出检测汗液中葡萄糖的生物传感器

doi:10.1016/j.snb.2016.07.088

来自美国德州大学达拉斯分校的研究人员正在努力开发一种能够通过一个人的皮肤汗液检测葡萄糖水平的可穿戴式设备。在一项新的研究中,德州大学达拉斯分校埃里克-约翰逊工程与计算机科学学院生物工程教授Shalini Prasad博士和他的同事们证实他们设计的一种传感器能够可靠地定量检测人汗液中的葡萄糖。

rasad研究团队之前已证实这种技术能够检测汗液中的皮质醇。

但是对糖尿病患者和有糖尿病风险的那些人而言,对血糖(血液中的葡萄糖)进行自我监控是管控他们的疾病状态的一个重要部分。Prasad说,“监控心率和步进计数的健身追踪器是非常流行的,但是可穿戴的非侵入式生物传感器对管理疾病是非常有益的。”

典型的家用血糖检测仪需要获得用户的少量血液样品,通常是通过手指刺破来获得的,而且经常一天需要进行多次。然而,德州大学达拉斯分校开发的基于织物的传感器检测人皮肤表面上少量汗液中的葡萄糖。

【10】ACSAMI:开发出具有划时代意义的诊断心脏病发作的传感器

doi:10.1021/acsami.6b06488

近日,一项刊登于国际杂志ACS applied Materials & Interfaces上的研究报告中,来自印度纳米科学与技术研究院等多个机构的研究人员通过研究开发了一种小型的电力传感器,其能够潜在帮助医生有效改善心脏病发作患者的生存率。

在30-70岁人群群组中,心血管疾病占到了人群死亡大约30%的比例,该比例比所有任何类型的总体死亡率都要高,因此如何有效地诊断心脏病是医生们非常关心的话题;当有人患心脏病发作时,特定的化学物质就会大量释放到其血液中,因此血液检测对于诊断心脏病就显得尤为重要。

2014年开始研究人员联合研究利用几层黑磷结构开发了一种纳米传感器,这种黑磷结构是一种能够包含DNA的新型2D材料,不稳定的DNA能够同肌红蛋白结合,当心脏病发作时患者血浆中的肌红蛋白水平会升高,而且能够通过简单地电测试进行检测。本文中研究者开发的新技术或许能够作为一种快速、敏感、选择性且准确性的方法来用于检测是否个体机体中的肌红蛋白水平处于升高阶段,目前医院通过检测患者肌红蛋白的水平来判断其是否经历过心脏病发作,研究者预测,将这种新技术引入到临床中或许能够有效改善患者心脏病发作后的生存率。(生物谷Bioon.com)

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