穿戴式和植入式生物传感器能以无创或微创方式准确检测生物分子，在病人生理状况监测以及疗效评估方面具有巨大的应用潜力。例如，穿戴式血糖监测仪可以持续测量人体血糖水平，并将这些测量值转化为易于读取和连续记录的电信号，已成为糖尿病管理中不可或缺的设备。类似的生物传感器也已开发出来，例如用于监测汗液中的电解质、皮肤表面附近间质液中的生物标志物以及内部组织的功能等。
然而，这些植入式生物传感器只能在有限的时间内发挥作用，这是因为存在一种被称为“生物污染”的现象，即细菌、人体细胞或人体生物液体中所含的各种分子在传感器表面堆积，阻碍传感器与要结合的目标分子（分析物）的相互作用，从而干扰传感器的电信号产生机制。此外，植入式生物传感器可能会引起所谓的“异物反应”，对附近的促炎免疫细胞产生不必要的刺激，从而导致组织纤维化反应。
克服这些挑战将为许多临床诊断和研究应用打开大门，例如，对慢性病或自身免疫性疾病患者进行长期稳态监测；评估患者对现有疗法或临床试验新疗法的反应；以及测量包括大脑在内的许多器官的生理和病理信号等。
据麦姆斯咨询介绍，美国哈佛大学Wyss研究所的一支多学科研究小组开发出了一种新的涂层技术，有望大幅延长植入式和穿戴式生物传感器的寿命，同时保持其电信号检测性能，从而实现对体内生物流体中各种分析物的连续测量，并且，监测时间有望拓展至数周。
BSA/prGOx/GNP/G纳米复合材料合成示意图，过程包括纯化BSA和prGOx的超声处理、BSA热变性、离心收集上清液、在上清液中加入抗生素和交联剂、滴铸到等离子处理过的金电极上，然后室温下在湿度室中培养过夜。
正如研究小组所展示的那样，当涂层覆盖在电化学传感器上时，可以抑制铜绿假单胞菌的生长。这种细菌是在生物传感器和其它植入器件上形成耐药性生物膜的罪魁祸首。这种涂层还能防止原发代人成纤维细胞的粘附和附近免疫细胞的意外激活，同时还能在至少三周内保持概念验证传感器的检测能力，该传感器设计用于结合两种主要的炎症蛋白。这项研究成果已经以“An Antimicrobial and Antifibrotic Coating for Implantable Biosensors”为题发表于Biosensors期刊。
涂层粘附成纤维细胞的荧光显微镜分析
“这种新型涂层技术可以为植入式生物传感器提供持久的保护，消除了开发下一代电化学活体传感器的核心障碍。在个性化医疗和数字健康时代，这可以提供大量触手可及的诊断和研究应用。”领导这项研究的Wyss研究所创始所长、医学博士Donald Ingber说。
新的涂层技术基于Wyss研究所高度创新的电化学生物传感器开发积累。该平台的一些创新成果目前已由Wyss支持的初创公司StataDX商业化，该公司开发的检测方法可利用从患者身上获得的一滴血检测人脑中的各种分子变化。
然而，为了能在体内连续进行为期数周的电化学生物标记测量，研究人员开发出了这种新涂层技术，它由交联的牛血清白蛋白（BSA）晶格和功能化石墨烯组成。石墨烯成分确保了高效的电信号，而牛血清白蛋白晶格则形成了一道天然屏障，防止大量可能的活性和分子污染物的非特异性结合，它还允许在涂层中稳定地加入检测分析物的抗体，以及对抗生物污染的抗生素药物。
在概念验证研究中，研究小组证明，他们利用专门设计的传感器，暴露在复杂的人体血浆中，可以在三周多的时间里连续、准确地检测出两种重要的炎症生物标志物。在相同的时间间隔内，涂层能抵御人成纤维细胞的附着和通常由铜绿假单胞菌产生的生物膜的形成。
此外，这种涂层可以通过简单的可扩展工艺，用低成本元件制成，促进植入式生物传感器的批量制造。Wyss研究所已为这项新颖的涂层技术申请了专利，并正在寻找合作伙伴，以促进其在现实世界中的商业化应用，进而直接改善患者的生活和科学发现。
论文链接：
https://doi.org/10.3390/bios15030171
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