科学家开发出可穿戴活性传感器可监测环境或人体中的化学物质-亚博直播官网

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亚博直播|来自麻省理工学院的工程师和生物学家通过合作设计了“活性物质”——植入活细胞的明胶。这种凝胶质地强,富有,具有生物兼容性,移植的细胞用基因装饰,遇到某些化学物质时会闪烁。

本周在《美国国家科学院院刊》(Proceedingsofthenationalacademyofsciences)上正式发表的论文中,研究人员主张将该物质用作新型传感器,监测环境或人体内化学物质的巨大潜力。研究人员发现,水凝胶中含有水分的环境有助于营养物的维持和转基因细菌的生存及活性。如图所示,当细菌诉诸某些化学物质时,细菌在基因中持续发光。该团队利用植入细胞的凝胶制造各种着装传感器,包括一只橡胶手套,当指尖接触未被化学物质污染的表面时,不会得到光泽。

另外,还制作了贴在咬破化学物质的人体皮肤上时不闪闪发光的绷带。麻省理工学院机械工程系副教授朝鲜格回应说,他的团队开发的活性物质被广泛应用于化学物质和污染物检查。例如,从犯罪现场调查到法医科学、污染监测到医疗临床等。

“通过这种设计,人们可以将多种类型的细菌放入设备中,以命令环境中的毒素或皮肤疾病。”生物工程和电气工程系计算机科学副教授TimothyLu表示:“我们的成果展示了活性材料和相关设备的应用潜力。

”对生命LU和MIT准备生物学组的同事们来说,专门研究生物电路,对活细胞(如大肠杆菌)内的生物物质展开基因重组,使其能够有序地发挥作用,这与电路的逻辑阶段非常相似。通过这种方法,科学家可以新设计细胞,继续执行特定功能,如感觉病毒或毒素的存在和信号。但是,这些新的转基因细胞大部分只能在培养皿中生存,科学家可以小心地控制在培养皿中保持细胞活性所需的各种营养水平3354,这种环境条件对阅读制备材料非常困难。“生产活性物质最大的挑战是如何培养这些活细胞,使其生存下来,继续发挥一定的功能。

”Lu表示:“培养细胞需要湿度和营养,有些需要氧气。”第二个挑战是避免他们在材料上萎缩。“为了应对这些路障,其他研究人员在基因工程细胞冷冻干燥后,使用化学提取物将它们融合在纸上,生产廉价的病毒检查临床试卷。

但是据Lu称,提取物可以像活细胞一样长时间保持功能,在检测病原体时灵敏度更高。其他研究小组已经将心肌细胞疫苗放入橡胶膜中,生产出坚硬的“活”执行器或机器人。但是经过反复倾斜后,这些膜材料有可能再次出现裂纹,使活细胞外流。

生机勃勃的细胞宿主赵教授的团队在麻省理工学院的活动硬材料研究所开发了新材料3354凝胶,这是由聚合物和水混合而成的高韧性、高弹性生物相容性物质,可能是宿主活细胞的理想自由选择。在过去的几年里,该团队已经明确提出了多种水凝胶配方,最近的设计中含水量低约95%。赵教授和Lu完全指出,这种水分物质适合维持活细胞生存的环境。这种材料在反复切割后也容易破碎的——特征对容纳活性细胞非常不利。

两个小组通过合作,成功地将Lu的基因重组细菌细胞导入JAO的明胶物质。他们首先使用3-D打印机技术制作明胶层,然后利用微成型技术在凝胶层上制作特定图案的宽敞地下通道。(阿尔伯特爱因斯坦,北方执行)。

然后将凝胶融合到弹性体层或橡胶层。该弹性体或橡胶必须有足够的孔隙率,以便氧气能够流入。最后,它们通过明胶的地下通道通过大肠杆菌细胞。当一些化学物质利用水凝胶与细胞识别时,细胞不会根据设计的基因功能受到荧光或发光。

在这种情况下,将生成名为DAPG的物质。然后,研究人员将明胶/弹性体物质冲洗在营养液中,将明胶注入营养成分,使细菌细胞能够存活数天。为了证明这种材料的潜在用途,研究人员首先生产了4个独立国家具有宽广地下道的材料,每个地下道都包含细菌,每种细菌都设计为呼吁不同的化学物质,不接受绿光。因此,毫无疑问,四条地下通道一旦暴露在对应于各细菌的化学物质中,都将被顺利照亮。

接下来,团队将材料制成绷带或“活性贴纸”,其中图案化的地下通道含有对鼠李糖(自然不存在的糖)较弱的细菌。研究人员用洗净鼠李糖的棉球涂抹志愿者的手腕,贴上明胶贴纸后,“活性张贴”呼吁今后与皮肤的认识,开始闪闪发光。最后,研究人员亲自制作明胶/弹性体手套,并在指尖设计了漩涡形状的地下通道,每个地下通道都充满了呼吁不同化学物质的细菌细胞。每只指尖在拿起含有不同化合物的棉球时,都相应地受到召唤,获得了光彩。

该团队还开发了理论模型,帮助设计类似的活动材料和装置。“理论模型可以帮助我们更有效地设计活动设备。”赵说:“它不告诉我们凝胶层应该有多薄,地下道之间的距离是多少,如何制作地下道图案,使用多少细菌。”赵教授设想了一种产品,可以由检测病毒感染或疾病迹象的手套、带有化学传感器凝胶的橡胶鞋底、绷带、补丁、甚至衣服等未来多种活性物质制成。

该研究受到了海军研究室、国立科学基金会和国立保健研究院的部分反对。|亚博直播。

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