国外开发出可实现全天候生理功能监测的新型生物传感器

　　想象一下，未来Fitbit所能测量的不仅是步数、心率和消耗的卡路里，它能持续跟踪目前需要昂贵且耗时的血浆分析的所有生理健康指标，该设备便宜、可靠，并由我们人体每天全天生产的相同蛋白质提供动力。波士顿大学生物医学工程师詹姆士·加拉根（James Galagan）说，尽管按照今天的标准来说，这听起来像是一个牵强的概念，但他在实验室中进行的研究可以加快该设备从绘图板到日常生活的速度。

       第一个实时、光学且可逆的黄体酮传感器

　　来自Galagan的BU实验室和波尔多大学的一组研究人员的灵感来自于一种商业上成功的生物识别设备，该设备可以全天候监控生理功能：连续血糖监测仪，其主要任务是通过从感测到的微生物获得的蛋白质来执行葡萄糖。

　　BU工程学院生物医学工程学副教授，团队负责人Galagan说：“人体内可能存在数百万种相似的蛋白质，他们几乎可以感知到任何会影响我们健康的东西。目前我们没有像葡萄糖传感器这样的更多传感器的主要原因是，尚未发现制造这些传感器所需的蛋白质。”

　　因此，加拉根（Galagan）的团队，其中包括BU工程学院的教职员工Mark Grinstaff、Allison Dennis和Catherine Klapperich，着手寻找其中的几个可用蛋白质。他们的发现在《自然通讯》上发表的一篇论文中进行了描述，该发现使用一种新颖的筛选方法来鉴定第一个已知的细菌衍生的传感器，用于检测孕酮，孕激素是一种女性生殖激素，在生殖中起着至关重要的作用。然后，该团队开发了将传感器的检测功能转换为光输出的技术，从而创建了第一个实时、光学且可逆的黄体酮传感器。

　　Galagan说，这种传感器的可逆性使其能够连续测量激素水平的变化，就像葡萄糖传感器一样，它还将传感器与现有的基于孕激素的测量孕酮的方法区分开来，后者只能从单个时间点进行测量。

　　在使用人造尿液进行的测试中，研究人员发现，该传感器可以配备价格低廉的便携式电子阅读器以用于即时医疗应用，可以检测出足以用于临床的黄体酮，所有这些都表明它可能适合家庭使用，代替了许多体外受精过程中需要的基于实验室的孕酮测量测试。

       为开发下一代生物传感器设备奠定了基础

　　Galagan说，“这项研究的主要收获是，这是我们可以获取生物体、识别新的传感蛋白、从细菌中分离出该蛋白并将其工程化为适用于以下方面的传感器设备的第一个原理证明：据我们所知，这从来没有做过，新开发的方法不使用细菌作为传感器，相反，它会挖掘细菌中的蛋白质部分，分离出这些部分，然后将它们转变为可用于设备工程的传感器。

　　BU工程学院院长Kenneth Lutchen说：“到目前为止，可穿戴技术主要集中在健康的宏观[指标]上，例如心率、血压等，但是我们迫切需要在疾病造成危险变化之前就预测疾病发生的方法。Galagan博士及其同事已经证明了原理证据，可以对健康状况的微生物指标进行实时监控，从而可能彻底改变我们的健康状况。原则上讲，它们可以提供对疾病出现的特异性和敏感的早期洞察力，从而导致早期干预，改善生活质量，同时显着降低医疗成本。”

　　该论文的技术最近在新的BU Precision Diagnostics Center的启动研讨会上进行了展示，该论文为开发更多基于同一类蛋白质的传感器设备奠定了基础。研究人员目前正在此基础上进行开发，以开发固定和部署此类传感器的技术，并研究将其检测功能转换为直接电子信号的方法。

　　Galagan说：“出于技术目的选择生物学通常需要将生物学信号转换成光子或电子流，我们现在正在努力。”

　　自从《自然通讯》报道了他们的突破以来，研究人员已经开发出了第二代方法，使他们能够从复杂的微生物样品而不是从单个培养细菌中筛选出部分。这种“元基因组”筛选可以搜索诸如土壤或我们自己的微生物组之类的东西，从本质上为寻找传感部件的研究人员提供了微生物的全部多样性。并且由于该方法可以识别特定基因以及传感蛋白，因此它使研究人员能够以某种方式修饰转录因子，使其变得更强大或具有传感其他化合物（如皮质醇或雌激素）的能力。

　　克拉珀里奇说：“目前，我们正在研究激素，但是这可以用于各种各样的事情，我迫不及待地想把它扩大到其他领域，未来的巨大挑战是如何部署此类传感器来监控我们的健康和环境。他的团队希望利用世界各地实验室中建立的技术来开发广泛的应用程序：从感知珊瑚健康到使用无创或微创可穿戴设备监测汗液和间质液的生理变量。这实际上只是冰山一角，我们现在的定位是挖掘各种微生物，从而为广泛的健康、生物技术和消费者应用设计传感器。我们希望有一天，这些传感器将在连续血糖监测仪旁边的货架上出售。”