美國麻省理工學院(MIT)的一個跨學科研究小組打造出一種新型的活性感測器,其方式是結合水凝膠(由高達95%的水組成)的特殊性質與基因改造的活細胞,使其富有彈性與生物相容性,並可在遇到某種化學物質發光。

研究人員從細胞注入的水凝膠中製造出不同的穿戴式感測器,包括帶有指套的橡膠手套在觸摸經化學污染的表面後發出光澤,以及一種貼在人體皮膚上的繃帶,在按壓到化學物質後會發亮。

這項研究發表在美國國家科學院(National Academy of Sciences;NAS)最近一期的院刊上,文中展示了這種新材料有潛力能感測在環境中與人體中的化學物質。

根據MIT機械工程副教授Xuanhe Zhao的說法,這種混合的「活性材料」適用於感測各種不同的化學物質和污染物,應用範圍從犯罪現場調查和法醫科學到污染監測和醫療診斷等。雖然水凝膠能有效地將活細胞限制在潮濕和營養豐富的環境中,但它也夠堅韌且具有生物相容性,足以與其他軟性橡膠材料共同設計,從而打造出多功能的生物化學感測器。

在過去,科學家只能在仔細控制的環境中以培養皿保存活細胞,因而難以利用活細胞在合成材料中的螢光性質。在這項研究中,研究人員先採用3D印刷和微成型技術,製造出水凝膠層和圖案化的窄通道。

接著,研究人員融合水凝膠至一層彈性氣孔,使氧氣得以進入,並將大腸桿菌細胞注入通道中,使其在與某些化學物質(可讓水凝膠通過)接觸時發出螢光。將水凝膠/彈性混合材料浸泡在營養液中,使得整個水凝膠中注滿營養成份,則可維持細菌細胞存活和活躍數天。

由混合彈性體/水凝膠複合物製成的手套指套與繃帶,填充對不同化學物質起反應的細胞,當偵測病原體時即發出光澤

這種混合材料可嵌入窄通道,可設計成對各種生物化學物質發生反應(可將每一種化學物質設計成都有相應發光的細菌),而打造出可穿戴的貼片或具有感測尖端的手套。「活性貼片」在感測到各自的化學敏感物質即以發亮作回應。

該研究小組還開發出一個理論模型,協助指導其他研究人員設計類似的活性材料和裝置。Zhao預計,這種手套或橡膠鞋底內襯化學感測水凝膠或繃帶,即可用於檢測感染或疾病跡象。

編譯:Susan Hong

(參考原文:Living sensor lights up upon pathogen exposure,by Julien Happich)