Fleksibel bioelektronisk enhed baseret på levende materiale til overvågning af laktat- og tumorceller

Efterspørgslen efter sundhedsovervågning i realtid vokser. Et forskerhold fra Institute of Chemistry of the Chinese Academy of Sciences (ICCAS) udviklede for nylig et levende materiale til realtidsovervågning af laktat, en biomarkør for kræft.

Laktat er en vigtig analyt i bioprocesteknik, sportsmedicin og klinisk pleje, og det er også en pålidelig biomarkør for tumorgenerering, metastaser og tilbagefald. Bærbare biosensorer med god ydeevne til overvågning af laktatindholdet i kropsvæsker er efterspurgte.

Levende materialer er en ny type biohybridmateriale bestående af levende elementer (bakterier, pattedyrceller, svampe og alger osv.) og kunstige funktionelle materialer. Ved at drage fordel af kombinationen af ​​deres respektive fordele bruges levende materialer til biosensing, biosyntese og biomedicinsk diagnose. Konjugerede polymerer (CP'er) er karakteriseret ved en delokaliseret elektronisk struktur, der tillader elektronoverførsel.

Ved yderligere modifikation af CP-rygraden ved hjælp af vandopløselige sidekæder blev en række nye vandopløselige konjugerede polymerer (WSCP'er) designet og syntetiseret med fremragende vandopløselighed, fotoelektrisk egenskab og biokompatibilitet. WSCP'er forventes at være gode kunstige funktionelle materialer til at konstruere levende materialer og bioelektroniske enheder.

Ledet af prof. Wang Shu og prof. Bai Haotian konstruerede ICCAS-teamet et levende materiale med kationisk polythiophen (PMNT) og Shewanella oneidensis MR-1. PMNT kunne bidrage til biofilmdannelsen og optimere den bioelektroniske proces inde i S. oneidensis MR-1; således kunne de konstruerede levende materialer accelerere oxidationsprocessen fra laktat og øge den udadgående elektronoverførselshastighed.

Materialet blev derefter brugt til at fremstille en fleksibel bioelektronisk enhed til laktatpåvisning i fysiologiske væsker (sved, urin og plasma) og tumorceller gennem yderligere funktionel modulintegration og ingeniørteknologisk behandling. Alle de indsamlede elektriske signaler indsamlet af den fleksible bioelektroniske enhed kunne trådløst overføres til en bærbar smartphone til læsning og analyse.

Dette arbejde giver en ny strategi til at integrere levende cellers biologiske aktivitet og de optoelektroniske egenskaber af CP'er til fremstilling af levende materialer. De fleksible og bærbare elektroniske enheder baseret på de nye levende materialer har potentielle anvendelser til personlig sundhedsovervågning i fremtiden.

Undersøgelsen blev offentliggjort i Science Advances . + Udforsk yderligere

Fokus på organiske transistorer til sundhedssensorer i levende organismer