Schematiskt diagram av PMNT-baserat levande material och bioelektronisk anordning för övervakning av laktat i fysiologiska vätskor (svett, urin och plasma) och räkning av tumörceller. Kredit:Wang Zenghao
Efterfrågan på hälsoövervakning i realtid växer. Ett forskarlag från Institute of Chemistry vid den kinesiska vetenskapsakademin (ICCAS) utvecklade nyligen ett levande material för realtidsövervakning av laktat, en biomarkör för cancer.
Laktat är en viktig analyt inom bioprocessteknik, idrottsmedicin och klinisk vård, och det är också en pålitlig biomarkör för tumörgenerering, metastaser och återfall. Bärbara biosensorer med bra prestanda för att övervaka laktathalten i kroppsvätskor efterfrågas.
Levande material är en ny typ av biohybridmaterial som består av levande element (bakterier, däggdjursceller, svampar och alger etc.) och konstgjorda funktionella material. Genom att dra nytta av kombinationen av deras respektive fördelar används levande material för biosensing, biosyntes och biomedicinsk diagnos. Konjugerade polymerer (CP) kännetecknas av en delokaliserad elektronisk struktur som tillåter elektronöverföring.
Genom ytterligare modifiering av CP-ryggraden med användning av vattenlösliga sidokedjor, designades och syntetiserades en serie nya vattenlösliga konjugerade polymerer (WSCP) med utmärkt vattenlöslighet, fotoelektriska egenskaper och biokompatibilitet. WSCP förväntas vara bra konstgjorda funktionella material för att konstruera levande material och bioelektroniska enheter.
Ledda av prof. Wang Shu och prof. Bai Haotian, konstruerade ICCAS-teamet ett levande material med katjonisk polytiofen (PMNT) och Shewanella oneidensis MR-1. PMNT kan bidra till biofilmbildning och optimera bioelektroniska processer inuti S. oneidensis MR-1; sålunda kan de konstruerade levande materialen påskynda oxidationsprocessen från laktat och öka den utåtgående elektronöverföringshastigheten.
Materialet användes sedan för att tillverka en flexibel bioelektronisk enhet för laktatdetektering i fysiologiska vätskor (svett, urin och plasma) och tumörceller genom ytterligare funktionell modulintegrering och teknisk bearbetning. Alla insamlade elektriska signaler som samlats in av den flexibla bioelektroniska enheten kunde trådlöst överföras till en bärbar smartphone för läsning och analys.
Detta arbete ger en ny strategi för att integrera den biologiska aktiviteten hos levande celler och de optoelektroniska egenskaperna hos CP:er för att förbereda levande material. De flexibla och bärbara elektroniska enheterna baserade på de nya levande materialen har potentiella tillämpningar för personlig hälsoövervakning i framtiden.
Studien publicerades i Science Advances . + Utforska vidare
