可植入生物传感器通过抑制生物污染的涂层技术大大延长了寿命

可穿戴和可植入的生物传感器可以以非侵入或微创的方式准确检测生物分子，在监测患者的生理和对治疗的反应方面具有巨大的潜力。例如，测量血糖水平并将这些测量值转换为易于读取和连续记录的电信号的可穿戴葡萄糖监测仪已成为糖尿病患者管理中不可或缺的一部分。类似的生物传感器已经开发出来，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，并报告内部组织的功能

然而，这些可植入的生物传感器设备只在有限的时间内有用，因为存在一种称为“生物污染”的现象，在这种现象中，细菌、人体细胞或人体生物流体中含有的各种分子在传感器表面上积聚，阻断了它与应该结合的目标分子（分析物）的相互作用，从而干扰了它的电信号产生机制。此外，植入的生物传感器可以通过不必要地刺激附近的促炎免疫细胞来引发所谓的“异物反应”，从而导致纤维化组织反应

克服这一挑战将为许多临床诊断和研究应用打开大门，例如，对慢性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中测试的新疗法的反应；以及包括大脑在内的许多器官的生理和病理信号的测量

现在，哈佛大学威斯研究所的一个多学科研究小组开发了一种新的涂层技术，有望大大延长植入和可穿戴生物传感器的寿命，同时保持其电信号活性，从而能够连续测量我们体内不同生物流体中的分析物，可能持续数周

正如该团队所证明的那样，当涂层覆盖在电化学传感器设备上时，可以抑制铜绿假单胞菌的生长，这是一种在生物传感器和其他植入设备上形成抗生素抗性生物膜的细菌。该涂层还防止了原代人类成纤维细胞的粘附和附近免疫细胞的不必要激活，同时保持了概念验证传感器的检测能力，该传感器旨在结合两种突出的炎症蛋白，在至少三周内完全发挥作用。他们的发现发表在《生物传感器》杂志上

领导这项研究的Wyss研究所创始主任Donald Ingber博士说：“通过这种新型涂层技术，可以为植入式生物传感器设备提供持久的保护，我们消除了下一代电化学体内传感器开发中的一个核心瓶颈。在个性化医疗和数字健康时代，它带来了大量的诊断和研究应用。”

“这也证明了Wyss电化学传感器团队对解决显著减缓临床护理进展的问题的激光敏锐关注。”他也是哈佛医学院和波士顿儿童医院的Judah Folkman血管生物学教授，以及哈佛大学约翰·a·保尔森工程与应用科学学院的Hansjörg Wyss生物启发工程教授

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新的涂层技术建立在Wyss研究所高度创新的电化学生物传感器开发的传统之上。该平台的一些创新目前由Wyss支持的初创公司StataDX商业化，该公司开发了一种检测方法，使用从患者身上获得的一滴血来检测人脑中的各种分子变化

然而，为了能够在跨越数周的时间段内在体内进行连续的电化学生物标志物测量，第一作者Sofia Wareham Mathiasen博士和她在Ingber团队中的同事创建了新的涂层，该涂层由牛血清白蛋白（BSA）和功能化石墨烯的交联晶格组成。虽然石墨烯组分确保了有效的电信号，但BSA晶格形成了一个天然屏障，防止大量可能的生命和分子污染物的非特异性结合；它还允许在涂层中稳定地包含检测分析物的抗体，以及积极对抗生物污染的抗生素药物

在他们的概念验证研究中，研究小组证明，他们可以在三周多的时间里，使用专门设计的暴露于复杂人体血浆的传感器，连续准确地检测到两种重要的炎症生物标志物。在相同的时间间隔内，涂层抵抗了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，同时对促炎免疫细胞保持不明显

此外，涂层可以通过简单的可扩展工艺由低成本组件制成，以促进大量制造体内生物传感器。Wyss研究所已为这种新型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应用，直接影响患者的生活和科学发现

该研究的其他作者是前Wyss高级科学家Pawan Jolly，他在推进Wyss电化学生物传感器平台方面发挥了重要作用；诺和诺德的行业合作者Henrik Bengtsson和丹麦哥本哈根大学Costerton生物膜中心的Thomas Bjarnsholt；以及Wyss的研究人员Nandhine Radha Shanmugam、Badrinath Jagannath、Pranav Prabhala、Yunhao Zhai、Alican Ozkan、Arash Naziripour和Rohini Singh More information: Sofia Wareham-Mathiassen et al, An Antimicrobial and Antifibrotic Coating for Implantable Biosensors, Biosensors (2025). DOI: 10.3390/bios15030171