您現在的位置:首  頁 ? 新聞資訊 ? 行業新聞

胃鏡腸鏡太痛苦,“片上細菌”芯片來幫你

MIT研究人員設計了一款可攝入“片上細菌”傳感器,根據設定可以感知體內環境狀況,并將信息傳遞給電子系統

據麥姆斯咨詢報道,MIT(美國麻省理工學院)研究人員打造了一款整合基因工程細菌的可攝入傳感器,能夠診斷胃出血或其它腸胃疾病。

這款“片上細菌”方案將活體細胞制成的生物傳感器,和超低功耗電子元件整合在一起,可將細菌響應轉換成智能手機能夠讀取的無線信號。

“通過將工程生物傳感器和低功耗無線電子器件結合在一起,我們可以幾乎實時地檢測體內的生物信號,為人類健康應用提供新的診斷手段,” MIT電氣工程和計算機科學以及生物工程助理教授Timothy Lu介紹說。

在這項近日在Science《科學》線上發表的研究成果中,研究人員開發了一款能夠響應血紅素(血液中的一種成分)的傳感器,并通過在豬身上的試驗證實有效。他們還設計了一款能夠響應炎癥標記物分子的傳感器。

這項研究的高級作者包括Lu和麻省理工學院工程學院院長Anantha Chandrakasan,以及電氣工程和計算機科學教授Vannevar Bush,主要作者包括研究生Mark Mimee和MIT前博士后Phillip Nadeau。

這款傳感器的橫截面圖、電路系統圖以及正面和背面圖,材料:PDMS,聚二甲基硅氧烷

 

過去的十年來,合成生物學家在細菌工程研究領域取得了很大進展,以響應諸如環境污染物或疾病標志物等刺激。這些工程細菌可以經過設計,當探測到目標刺激時做出發光等響應,但是過去需要特定的實驗室設備才能測量這些響應。

 

為了使這些細菌更具實用價值,MIT研究團隊決定將它們和電子芯片整合在一起,將細菌響應轉譯為無線信號。

 

“我們的想法是將細菌細胞封裝在器件中,”Nadeau說,“這些細胞會被限制在器件中隨著一起通過腸胃。”

 

對于他們最初的驗證實驗,研究人員主要研究了消化道出血的檢驗。他們設計了一種益生菌菌株來表達一種基因電路,使細菌遇到血紅素時會發光。

 

研究人員將這些細胞安放在專門定制設計的傳感器的4個空腔中,并用半滲透膜覆蓋,以使周圍環境中的小分子可以擴散通過。這4個空腔下方都各有一個光電晶體管,可以測量細菌細胞的發光量,并將信息傳遞至微處理器,然后通過無線信號發送至附近的計算機或智能手機。研究人員還為其開發了一款安卓應用程序(App),用于數據的分析。

 

這款傳感器外形為一根長約1.5英寸的圓柱體,功耗大約13微瓦。研究人員為這款傳感器配備了一個2.7伏的電池,他們估計利用這個電池可以維持傳感器連續運行約1.5個月。據研究人員表示,這款傳感器還可以使用Nadeau和Chandrakasan之前開發的,由胃內酸性液體維持的伏打電化學電池供電。

 

“這項研究的主要工作在于系統設計和集成,將強大的細胞傳感和超低功耗電子器件結合在一起,實現重要的健康傳感應用,” Chandrakasan說。

 

疾病診斷

 

MIT研究人員在豬身上測試了這款可攝入傳感器,實驗證實這款傳感器能夠準確地確定胃中是否有出血現象。他們預計這類傳感器既可以一次性使用,也可以經過設計留存在消化道中,連續檢測數天或數周,不斷地發出檢測信號。

 

目前,如果患者懷疑出現胃潰瘍出血,他們不得不接受內窺鏡檢查來確診,由于過程痛苦,通常許多患者需要注射鎮靜劑。

 

“這款傳感器的目標是幫助病人規避非必需的檢查,僅通過攝入膠囊傳感器,在相對較短的時間內就可以知道患者是否出現了內出血癥狀,”Mimee說。

 

為了使這項技術方便患者使用,研究人員計劃進一步減小傳感器的尺寸,并研究細菌細胞可以在消化道內存活多久。他們還希望可以開發除了出血以外的其它胃腸疾病檢測。

 

在論文中,研究人員還將上述傳感器應用于另外兩種分子的檢測,不過目前他們還沒有在動物身上進行試驗。其中一種傳感器,可以探測被稱為硫代硫酸鹽的與炎癥有關的含硫離子,可用于監測克羅恩氏病或其他炎癥的患者;另一種傳感器可探測被稱為AHL的細菌信號分子,由于不同類型的細菌可以產生細微差異的分子,因此這種分子可作為一種胃腸道感染的標記物。

 

“論文中的大部分工作都與血液有關,但是相信我們可以設計各種細菌來感知一切,并使其做出發光響應,” Mimee說,“任何人都可以嘗試針對疾病相關分子的感知,對細菌進行工程設計,然后將它們放入傳感器的其中一個空腔中,便可以用于該疾病的檢測。”

 

研究人員稱,這款傳感器也可以設計攜帶多種細菌菌株,使他們能夠診斷多種病癥。

 

“目前,我們的傳感器設計了4個檢測空腔,但是如果我們將其擴展到16或256個空腔,就擁有了更多不同類型的細菌細胞,可以同時讀取它們的信號,實現高通量的疾病篩查,”Nadeau說。

Copyright?浙江芯動科技有限公司版權所有

電話: 0573-83955172 傳真: 0573-83956667

郵箱:info@zjmfab.com 郵編:314000

地 址:浙江省嘉興市南湖區亞中路551號2號樓

在线观看ā片免费免播放器