纳米管生物传感器取得重要进展

大分子量生物分子的实时分析,一直是生物医学领域的难点,最近这一问题可能被克服。本周在波士顿召开的美国化学学会上,科学家发表了初步老鼠实验结果,利 用他们开发得技术,能分析多种生物分子,这种方法制造得各类探头能植入皮下和血管内连续分析。目前流行得技术无法实现这种目的。

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现在化学家用碳纳米管包裹聚合物开发出的各种生化感受器,例如能检测血液中的胰岛素、一氧化氮和纤维蛋白原,这一领域的发展将使临床生化诊断变得更简单更方便。

将碳纳米管与这些聚合物结合可作为生物大分子的分析方法,但是最具有挑战性的问题是如何识别这些信号。波士顿东北大学生物分析化学家Heather Clark说,虽然传感器与人体的兼容性是生物感受器重要的内容,但目前进步是巨大的。感受器长期植入体内面临多种困难,一方面可以探头被身体的疤痕组织包裹,结构也可能被身体破坏。MIT化学工程师Michael Strano说,研究生物感受器的攻关重点是制造能同时感受多种目标分子,并能长期稳定发挥作用的感受器。

Strano小组用单碳纳米管与各种聚合物进行组合,然后用希望探测的生物分子进行筛选,然后利用碳纳米管受光照射发荧光的天然特征,有的分子能增加荧光强度,有的分子能抑制荧光强度,然后根据这些特点分析目标分子的水平。

MIT科学家设计的传感器是用碳纳米管包埋聚合物和核苷酸混合物,这种感受器能结合和分析纤维蛋白原水平,纤维蛋白原是凝血功能关键分子,其水平能反映凝血功能紊乱、肝脏疾病,与心脑血管疾病发生有关。MIT纳米技术专家GiliBisker说,这是第一次实现用感受器分析如此大的生物分子。Bisker在大会上表示,用纤维蛋白原水平感受器可对血液样本进行分析,也可以用于在体实时检测。MIT团队已经开发出能植入皮下实时监测血糖和胰岛素水平的感受器。他们希望将来制造成小贴片和无线设备,能将血糖和胰岛素水平通过无线网传输。

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MIT另一个生物医学工程师Nicole Iverson团队开发出能探测一氧化氮的感受器,一氧化氮是一种自由基,也是一种气体,与各种组织炎症和肿瘤有关。利用水凝胶为基质,将这种传感器埋植在动物体内连续工作超过400天没有造成炎症。一氧化氮感受器在小鼠血管内也能发挥作用,甚至可以通过肺毛细血管,肺也是纳米管毒性的靶器官。Iverson准备将一氧化氮传感器作为探测肿瘤细胞的工具,利用这种工具,外科医生进行手术切除肿瘤时,可以作为分析肿瘤细胞是否彻底被清除的分析方法。

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