研究人员研发出一种新型可植入式传感器，由丝蛋白成分制成的凝胶构成。
传感器在特定波长的光照射下会发光，以此监测血氧水平。
这种非侵入式“纹身”有望帮助慢性病患者监测多种血液成分。
设想一种具有实用功能的纹身——它能告诉你运动时消耗了多少氧气，测量你一天中任何时候的血糖水平，或监测多种不同的血液成分，或监测你接触环境毒素的情况。
“我们有可能利用皮下传感器阵列追踪多种血液成分。”
托马斯·法尔库奇，研究生
这项新研究是实现这一设想的重要一步。
这种新型传感器目前只能读取氧气水平，由丝的蛋白质成分——丝素蛋白——形成的凝胶构成。丝素蛋白具有独特性质，特别适合作为植入材料。
将丝素蛋白重新组装成凝胶或薄膜后，可以调整其结构，使其在皮下留存数周至一年多。丝素分解后与人体相容，不太可能引发免疫反应。
血液中的葡萄糖、乳酸、电解质和溶解氧等物质，能反映身体的健康状况和机能表现。在医疗环境中，人们通过抽血或让患者连接大型设备来监测这些指标。若能在任何环境下持续、无创地监测其水平，无创地监测这些水平，将为追踪某些病情带来巨大优势。
例如，糖尿病患者必须抽血测量血糖，往往每天都要进行，以决定吃什么或何时服药。相比之下，研究人员设想让监测变得容易得多，字面意义上就是用一道光照亮患者的健康状况。
“丝具有多种优异特性，彼此结合，十分出众，”塔夫茨大学工程学院工程学教授、该研究的首席研究员戴维·卡普兰说。“我们可以将其制成薄膜、海绵、凝胶等。它不仅具有生物相容性，还能容纳添加剂而不改变添加剂的化学性质；这些添加剂可以具备传感能力，检测周围环境中的分子。氧气传感器是一个概念验证，展示了我们能够制造的一系列传感器。”
丝蛋白的化学特性使其更容易吸附并容纳添加剂，同时不改变自身性质。为了制造氧气传感器，研究人员使用了一种名为 PdBMAP 的添加剂，它在特定波长的光照射下会发光。其发光强度和持续时间与周围环境中的氧气水平成正比。
丝凝胶允许周围液体通过，因此 PdBMAP 能“感知”周围血液中的氧气水平。PdBMAP 的另一优点是，在可穿透皮肤的光照射下会发光，或称磷光。其他候选传感材料可能只会响应无法穿透皮肤的光波长。
研究人员主要依靠磷光的“持续时间”来量化氧气水平，因为发光强度可能随植入物的深度和大小、肤色及其他因素而变化。氧气水平越高，发光持续时间越短。
实验中，植入式传感器能够实时检测动物模型的氧气水平，并准确追踪氧气水平偏高、偏低和正常的情况。随着新冠疫情期间患者氧气水平严重偏低时必须住院治疗，追踪患者氧气水平的重要性也日益受到公众关注。
“我们可以想象许多皮下纹身式传感器能够派上用场的情境，”托马斯·法尔库奇说。他是卡普兰实验室的研究生，研发了这种纹身传感器。
“通常是在这样的情况下：慢性病患者需要脱离传统临床环境，接受长期监测。我们有可能利用传感器阵列追踪多种血液成分，在皮下。”
