導讀
近日，英國劍橋大學與沙特阿卜杜拉國王科技大學（KAUST）領導的國際科研團隊開發出一種由半導電塑料製成的低成本傳感器，它可以用於診斷或監測各種健康狀況，例如手術併發症或神經退行性疾病。
背景
作為一個多學科交叉融合的前沿科技領域，生物傳感器這些年引起了全世界的廣泛重視。顧名思義，生物傳感器指的是對於生物物質敏感，能將濃度轉換為電信號進行檢測的傳感器設備。
生物傳感器是由識別元件即固定化的生物敏感材料（包括酶、抗體、抗原、微生物、細胞、組織、核酸等生物活性物質）、適當的理化換能器（如氧電極、光敏管、場效應管、壓電晶體等等）及信號放大裝置構成的分析工具或系統。
筆者之前介紹過許多有關生物傳感器的研究成果，下面舉三個經典的案例帶大家回顧一下：
1）美國辛辛那提大學開發的汗液傳感器，能在用戶保持涼爽舒適的狀態下，獲取汗液並分析用戶健康狀況，甚至是精神壓力情況。
2）韓國大邱慶北科學技術院的科研團隊利用蜘蛛網微磁圖案，開發出新的集成生物傳感器芯片實驗室平臺，比現有生物傳感器快20倍。這項技術可用於癌症等疾病的早期診斷和復發診斷。
3）美國加州大學聖迭戈分校開發的低成本石墨烯生物傳感器芯片，可以實時檢測基因突變。對於許多危及生命的疾病的早期檢查和篩選，它有望帶來重大突破。
創新
今天，筆者要為大家介紹一款新的低成本生物傳感器。
近日，英國劍橋大學與沙特阿卜杜拉國王科技大學（KAUST）領導的國際科研團隊開發出一種由半導體塑料製成的低成本傳感器，它可以用於診斷或監測各種健康狀況，例如手術併發症或神經退行性疾病。研究成果發表於《科學進展（Science Advances）》雜誌。
技術
這種傳感器能夠測量一些關鍵代謝物的數量，例如汗液、淚液、唾液、血液中的乳酸或葡萄糖。當集成到診斷設備中時，它可以快速、便宜、準確地監測健康狀況。這種新設備的設計比現有的傳感器要簡單得多，為細胞水平的健康監測提供了廣泛的新可能性。
目前，研究中採用的那些半導電塑料，正用於太陽能電池和柔性電子的開發，但是尚未廣泛應用於生物領域。
劍橋大學化學工程與生物技術系博士後研究員、論文領導作者 Anna-Maria Pappa 博士表示：“在研究中，我們已經突破了用酶作為傳感材料的傳統電化學傳感器的許多侷限。在傳統生物傳感器中，傳感器電極與傳感材料之間的通信並不是很高效，所以有必要添加分子導線來‘增強’信號。”
為了開發他們的傳感器，Pappa 和她的同事們採用帝國理工大學新合成的聚合物作為分子導線，直接接收電化學反應期間產生的電子。當材料與汗液、淚液、血液產生接觸時，它會吸收離子併產生溶脹 ，變得與液體融合在一起。相比於由金屬電極製成的傳統傳感器，其靈敏度明顯高很多。
此外，當傳感器合結合更復雜的電路例如晶體管時，信號會被放大並對於代謝物濃度的微小波動作出響應，儘管設備的尺寸可以做得很小。
傳感器的初始測試是用於測量乳酸水平，這對於健康應用或者病人的術後監測很有用。然而，研究人員稱，傳感器可以經過簡單修改，包含適當的酶，來檢測其他代謝產物，例如葡萄糖或者膽固醇。而且，傳感器檢測的濃度範圍可通過改變設備的幾何形狀來調整。
價值
Pappa 表示：“這是首次採用一種接收電子的聚合物，它可以經過調整用於改善酶之間的通信，從而直接監測代謝物。在這之前，此類監測都無法直接完成。它為生物傳感領域開闢了新的方向，材料可以經過設計與特定的代謝物相互作用，帶來敏感度和選擇性都好很多的傳感器。”
因為傳感器並不是由金或鉑之類的金屬組成，所以它的製造成本相對較低，並且很容易與可拉伸的柔性基底結合到一起，從而實現可穿戴或者植入式的傳感應用。
目前，研究人員正在計劃開發一種在體外實時檢測人類細胞代謝活動的傳感器。Pappa 所處的生物電子系統和技術小組正專注於開發模仿我們器官的近似模型，並精準地實時評估這些模型的技術。先進的傳感器技術可以與這些模型一起使用，測試藥物的效力與毒性。
關鍵字
傳感器、醫療、聚合物
【1】http://www.cam.ac.uk/research/news/low-cost-plastic-sensors-could-monitor-a-range-of-health-conditions
【2】A.M. Pappa et al. ‘Direct metabolite detection with an n-type accumulation mode organic electrochemical transistor.’ Science Advances (2018). DOI: 10.1126/sciadv.aat0911
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