一个国际研究团队已经开发出一种由半导体塑料制成的低成本传感器，可用于诊断或监测各种健康状况，如手术并发症或神经退行性疾病。
传感器可以测量出存在于汗液、眼泪、唾液或血液中的乳酸或葡萄糖等关键代谢物的量，并将其整合到诊断设备中，可以快速、廉价、准确地监测健康状况。这种新设备的设计比现有的传感器简单得多，并为细胞级的健康监测开辟了广泛的新可能性。研究结果发表在《科学进展》杂志上。
该设备是由剑桥大学和沙特阿拉伯国王阿卜杜拉科技大学(KAUST)领导的一个团队开发的。目前工作中使用的半导体塑料正被开发用于太阳能电池和柔性电子产品，但尚未在生物应用中得到广泛应用。
“在我们的工作中，我们克服了传统电化学生物传感器的许多限制，这些传感器将酶作为传感材料，”该研究的第一作者安娜-玛丽亚·帕帕博士说，她是剑桥大学化学工程与生物技术学院的博士后研究员。“在传统的生物传感器中，传感器的电极和传感材料之间的通信效率不是很高，所以有必要添加分子导线来促进和‘增强’信号。”
为了建造他们的传感器，Pappa和她的同事使用了帝国理工学院开发的一种新合成的聚合物，作为分子导线，直接接受电化学反应中产生的电子。当这种材料与液体接触时，如汗水、眼泪或血液，它会吸收离子并膨胀，与液体融合。与传统的金属电极传感器相比，这种传感器具有更高的灵敏度。
此外，当传感器集成到更复杂的电路，如晶体管，信号可以被放大，并响应代谢产物浓度的微小波动，尽管设备的尺寸很小。
传感器的最初测试用于测量乳酸水平，这在健身应用中很有用，或用于术后监测患者。然而，根据研究人员的说法，通过加入适当的酶，传感器可以很容易地修改来检测其他代谢物，如葡萄糖或胆固醇，而且传感器可以检测的浓度范围可以通过改变设备的几何形状来调整。
“这是第一次有可能使用一种接受电子的聚合物，这种聚合物可以被定制来改善与酶的交流，从而可以直接检测代谢物:这到目前为止还不是很直接，”Pappa说。“它开辟了生物传感的新方向，材料可以被设计成与特定的代谢物相互作用，从而产生更加灵敏和选择性的传感器。”
由于传感器不包括黄金或铂金等金属，它可以以较低的成本制造，并可以很容易地结合在灵活和可拉伸的衬底上，使其实现在可穿戴或可植入的传感应用。
“一种可植入的设备可以让我们实时监测大脑在压力条件下的代谢活动，比如在癫痫发作期间或发作之前，可以用来预测癫痫发作或评估治疗，”Pappa说。
研究人员现在计划开发一种传感器，可以在体外实时监测人体细胞的代谢活动。Pappa所在的生物电子系统和技术小组专注于开发能够紧密模拟人体器官的模型，以及能够实时准确评估器官的技术。开发的传感器技术可以用于这些模型，以测试药物的效力或毒性。