[发明专利]可注射的多级螺旋纤维状传感器及其制备方法

说明书

本发明属于生物电化学检测技术领域，具体为一种可注射的多级螺旋纤维状传感器及其制备方法和使用方法。本发明仿生肌肉组织的结构，通过末端结构设计和加捻工艺调控实现多功能纤维状传感器的构筑，包括同一功能末端径向梯度分布纤维和不同功能同一位点轴向分散分布纤维，可以分别实现单一信号的空间分布检测和同一位点多种信号同时检测。本发明还提供多级螺旋纤维状传感器的使用方法：通过静脉注射将纤维状传感器微创植入体内。经细胞、组织学、动物实验，证明纤维状传感器具有优异的生物安全性；将纤维状传感器与无线传感系统结合，可实现检测信号在移动端的实时监测，在生物监测、移动医疗、个体医疗领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于生物电化学检测技术领域，具体涉及一种可注射纤维状电化学传感器及其制备方法和使用方法。

背景技术

随着医疗技术的发展和疾病防治重视程度的提高，个人生理信息的实时监测以及带来的个体化医疗受到大家广泛关注。电化学传感器是一类可以将化学信号转化成电信号的装置，可以用于检测特定化学物质的信号，在可穿戴医疗等领域有广泛应用。现有的体外电化学传感器主要是基于汗液、尿液作为检测媒介，这些媒介不能连续存在，同时成分单一，限制了在体监测的连续性、准确性和多元化。与此不同的是，可植入式传感器是以血液、组织液为媒介，可以准确、实时检测人体中的生理信号，为人们提供及时的健康信息。但是现有的大多数植入式传感器因其材料刚性、二维平面的形状在植入过程中会产生较大的损伤，很难和组织形成一个稳定的界面，难以实现准确的检测，从而影响信号采集和生物安全，限制了其应用。

为解决植入式传感器的问题，我们设计了一种基于碳纳米管纤维制备的具有多级螺旋结构的可注射纤维状电化学传感器，此传感器呈纤维状，具有与肌肉组织相似的多级螺旋结构，从而保证了此器件在体优异的生物相容性和良好的力学匹配性。纤维状电化学传感器是基于纤维状导电基底，通过层层构筑的方法在基底表面修饰不同的活性材料从而制备出一系列具有不同功能的电化学传感器。例如，在导电基底上修饰的活性物质为铂纳米颗粒、铂纳米颗粒/葡萄糖氧化酶、PEDOT和Na⁺选择性膜、PEDOT和Ca²⁺选择性膜、PEDOT和K⁺选择性膜、PSA抗体、聚苯胺等；相应地，可以分别检测H₂O₂、葡萄糖、Na⁺、Ca²⁺、K⁺、PSA抗原和pH。通过与被检测物接触后，发生氧化还原反应、或者物理吸附等，从而在传感器端产生相应的电流或者电势差，电信号可以与底物浓度产生相应的线性关系，最终可以根据电信号的变化得知基底浓度。碳纳米管纤维具备良好的化学修饰性能、较大的比表面积和高电导率，基于此材料可以制备出一系列高性能的电化学传感器，同时碳纳米管纤维可以实现在微观上与细胞力学性能、宏观上与组织力学性能跨尺度匹配，同时具有优异的生物相容性、生物整合性，从而保证了基于碳纳米管纤维制备的一系列传感器在体检测的低创伤、高准确性和高稳定性。为了进一步提高与组织整合性能，通过仿生肌肉组织的多级螺旋结构，我们将单根纤维状电化学传感器进行不同的螺旋状设计，在保留碳纳米管纤维优点的同时，可以同时对空间上多个位点进行检测，或是同时对一个位点的多种物质进行检测。目前为止，还未见任何与此结构类似的电化学传感器的报道。

另一方面，纤维状传感器因其体积小、一维结构可以通过注射的形式进行植入，从而发展了一种简单、微创的植入方法。此方法的由来借助于静脉注射，其一直以来被临床用于输液或注射药物，具有简便、创伤性小、容易操作等优点。纤维状电化学传感器具有一维结构，可以很好地和静脉注射结合起来，得到一种简便、易操作、创伤小的植入方法。通过此方法，可以将纤维状传感器植入到体内实现在体的长期稳定检测，且不会导致组织损伤或是炎症。然而，目前为止，还未见任何纤维状传感器植入方法的报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可注射的多级螺旋纤维状传感器及其制备方法，同时提供一种与其一维结构相匹配的植入方法。