瞬態(tài)一氧化氮傳感器的概念，用于無線實(shí)時(shí)一氧化氮監(jiān)測

6月25日，清華大學(xué)材料學(xué)院尹斕研究組在《自然?通訊》（Nature Communications）在線發(fā)表了題為“用于無線實(shí)時(shí)一氧化氮監(jiān)測的柔性瞬態(tài)電化學(xué)傳感器”（A flexible and physically transient electrochemical sensor for real-time wireless nitric oxide monitoring）的研究論文。研究組通過設(shè)計(jì)制備新型柔性可降解、可無線控制和傳輸?shù)碾娀瘜W(xué)一氧化氮傳感器，實(shí)現(xiàn)了從細(xì)胞、組織到生物活體的一氧化氮定量檢測。該研究成果為臨床上用于與一氧化氮相關(guān)疾病的健康評估、治療優(yōu)化和術(shù)后監(jiān)測提供了新思路。

生理環(huán)境中一氧化氮(NO)濃度檢測對于神經(jīng)傳遞異常、身體炎癥反應(yīng)、心血管收縮/擴(kuò)張等疾病的診斷和治療至關(guān)重要。傳統(tǒng)的一氧化氮檢測方法依賴于間接比色測量或硬質(zhì)不可降解的化學(xué)傳感器，比色法測量不能提供實(shí)時(shí)持續(xù)監(jiān)測結(jié)果，而硬質(zhì)的化學(xué)傳感器則與人體組織兼容性差且需要二次手術(shù)摘取植入物。

本文提出了瞬態(tài)一氧化氮傳感器的概念，設(shè)計(jì)及制備出可生物降解的柔性電化學(xué)傳感器，成功實(shí)現(xiàn)對一氧化氮的檢測。通過制備緊密結(jié)合的柔性可降解基底層、高穩(wěn)定超薄納米電極層和一氧化氮選擇透過層，制備出響應(yīng)迅速、探測靈敏、抗干擾能力強(qiáng)的柔性NO傳感器件，同時(shí)傳感器具有可降解特性，可被生物體安全代謝。

柔性瞬態(tài)一氧化氮傳感器結(jié)構(gòu)示意圖

體外實(shí)驗(yàn)中，傳感器可以實(shí)現(xiàn)從細(xì)胞到各種不同生物組織的一氧化氮釋放行為探測。在植入體內(nèi)后，通過無線傳輸系統(tǒng)可以遠(yuǎn)程監(jiān)測到骨關(guān)節(jié)腔在炎癥反應(yīng)下的一氧化氮持續(xù)釋放。這種柔性瞬態(tài)電化學(xué)傳感器不僅解決了傳統(tǒng)方法無法實(shí)現(xiàn)一氧化氮的連續(xù)實(shí)時(shí)測量的問題，還具有可生物降解、無需二次手術(shù)取出的顯著優(yōu)勢。該研究為明確內(nèi)源性一氧化氮的生理功能及其相關(guān)作用機(jī)制提供了新研究方法，也為柔性可降解生物傳感器的設(shè)計(jì)和制備提供了新的思路。

柔性瞬態(tài)傳感器對軟骨細(xì)胞及活體動物體內(nèi)一氧化氮釋放的實(shí)時(shí)監(jiān)測

清華大學(xué)材料學(xué)院副教授尹斕為本文通訊作者，材料學(xué)院博士后李嶸峰、北京創(chuàng)傷骨科研究所副研究員綦惠、清華大學(xué)電子系博士生馬源以及材料學(xué)院博士生鄧雨平為共同第一作者。合作者包括清華大學(xué)電子系副教授張沕琳、盛興，北京市創(chuàng)傷骨科研究所副主任技師景金珠、主管技師杰永生，天津醫(yī)科大學(xué)研究員張栩、副研究員何金龍等。本工作獲得了國家自然科學(xué)基金、中國博士后基金、北京市自然科學(xué)基金以及清華大學(xué)自主科研基金的支持。