美国麻省理工学院(MIT)的一个跨学科研究小组打造出一种新型的活性传感器,其方式是结合水凝胶(由高达95%的水组成)的特殊性质与基因改造的活细胞,使其富有弹性与生物兼容性,并可在遇到某种化学物质发光。
研究人员从细胞注入的水凝胶中制造出不同的穿戴式传感器,包括带有指套的橡胶手套在触摸经化学污染的表面后发出光泽,以及一种贴在人体皮肤上的绷带,在按压到化学物质后会发亮。
这项研究发表在美国国家科学院(National Academy of Sciences;NAS)最近一期的院刊上,文中展示了这种新材料有潜力能感测在环境中与人体中的化学物质。
根据MIT机械工程副教授赵选贺的说法,这种混合的“活性材料”适用于感测各种不同的化学物质和污染物,应用范围从犯罪现场调查和法医科学到污染监测和医疗诊断等。虽然水凝胶能有效地将活细胞限制在潮湿和营养丰富的环境中,但它也够坚韧且具有生物兼容性,足以与其他软性橡胶材料共同设计,从而打造出多功能的生物化学传感器。
在过去,科学家只能在仔细控制的环境中以培养皿保存活细胞,因而难以利用活细胞在合成材料中的荧光性质。在这项研究中,研究人员先采用3D印刷和微成型技术,制造出水凝胶层和图案化的窄信道。
接着,研究人员融合水凝胶至一层弹性气孔,使氧气得以进入,并将大肠杆菌细胞注入通道中,使其在与某些化学物质(可让水凝胶通过)接触时发出荧光。将水凝胶/弹性混合材料浸泡在营养液中,使得整个水凝胶中注满营养成份,则可维持细菌细胞存活和活跃数天。

这种混合材料可嵌入窄通道,可设计成对各种生物化学物质发生反应(可将每一种化学物质设计成都有相应发光的细菌),而打造出可穿戴的贴片或具有感测尖端的手套。“活性贴片”在感测到各自的化学敏感物质即以发亮作回应。
该研究小组还开发出一个理论模型,协助指导其他研究人员设计类似的活性材料和设备。赵选贺预计,这种手套或橡胶鞋底内衬化学感测水凝胶或绷带,即可用于检测感染或疾病迹象。
- 中科院理化所王树涛/张飞龙团队《Adv. Mater.》:在凝胶形状转变的调控研究方面取得新进展 2026-01-30
- 陕科大王学川/党旭岗、温州医科大郑漫辉 AFM:可注射自修复生物质基水凝胶生物粘合剂用于伤口愈合和可穿戴生物电子一体化 2026-01-30
- 浙大杨栩旭研究员、李铁风教授/复旦梅时良研究员 AFM:喷涂实现的多功能水凝胶适形皮肤 2026-01-28
- 福州大学黄剑莹教授 AFM:汗液自适应智能粘附水凝胶 - 赋能舒适穿戴传感器新突破 2026-01-27
- MSU林少挺、TAMU吴承霖 Sci. Adv.:组织粘附的水凝胶-MXene生物传感器 为原位口腔生物监测提供新方案 2026-01-17
- 四川大学张传芳教授团队 AFM:高灵敏压力传感器助力自适应机器抓手 2025-12-11
- 芝加哥大学王思泓教授/苏州大学刘伟教授等 Nat. Mater.:在可拉伸有机发光二极管(OLED)领域取得重要进展 2025-12-01