《AFM》：可降解的丝基皮下氧传感器

互推小编 2023-06-17

在生物医学中，能够持续监测氧气等生化分析物是十分关键的，因为这能够提供对生理学和健康的即时反馈。由于蚕丝独特的两亲性化学性质，丝蛋白生物材料作为氧传感器中的支架材料特别有用，可促进蛋白质和添加剂在水性环境中的非价稳定。

来自美国塔夫茨大学和空军研究实验室的学者对含有不溶于水的氧感应发色团Pd（II）四甲基丙烯酸苯并卟啉（PdBMAP）的丝膜在体外和体内作为光学氧传感器进行评估。这些丝-发色团复合材料通过自组装的物理交联蛋白质网络稳定。发色团在体外的脱气磷光寿命（τm，0 ≈300 μs）在≈31 μm溶解氧下被淬灭至其初始值的50%，从而表明在氧气的生理范围内具有传感功能。本文研究了具有和不具有发色团的丝绸薄膜的体外酶促降解性能。结果表明，丝-发色团复合膜在体外具有细胞相容性，在大鼠植入体内时在体内具有生物相容性，并显示出适合皮下植入的机械性能。此外，这些薄膜能够维持体内的氧传感功能并表现出跨各种生理状态（即高氧，正常和缺氧）的实时传感能力。相关文章以“Degradable Silk-Based Subcutaneous Oxygen Sensors”标题发表在Advanced Functional Materials。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202202020

图 1. 丝绸发色团薄膜的制备。 a)磷光丝发色团复合膜连续氧监测平台示意图。 b) 概述丝-生色团薄膜生产的示意图。 c) 丝-发色团胶片的代表性图像。d)酰胺 I 区域的 FTIR 光谱，用于表征整个水蒸气退火过程中的二级结构。 e) β-折叠含量由FTIR 光谱的反卷积 (n = 3)确定。

图2.薄膜的体外光物理特性。A)i)5%和10%真丝发色团薄膜的发射光谱和ii)激发光谱。B)在不同的溶解氧浓度下，i)5%和ii)10%色丝团的寿命衰减曲线。C) i)5%和ii)10%真丝发色团膜中的磷光寿命与可溶性氧浓度的关系图(n=1)。

图3.体外降解和材料细胞毒性的调节。A)通过改变纤维膜(ii)中的丝素含量(n=3)去调节α-糜蛋白酶和蛋白酶XIV(i，ii)处理的纤维膜的体外降解速率。B)接种在丝质发色团膜上的细胞(i)在7天内评估代谢活性(ii)和活力(iii)。

图4.体内实验证明薄膜具有生物相容性。A)将薄膜植入动物的背部，并在3、7、14和28天后进行移植。B)7天后整合到组织中的薄膜的代表性图像。C)组织外植体的血毒素和曙红染色，其荧光位置以绿色表示(n=3，每只动物4个样本)。

图5.实时和连续的活体氧气检测实验。A)麻醉情况下的大鼠和背上的扫描器连续测量氧气的装置，以监测在高氧条件下植入的荧光素的磷光寿命。B)i)动物在氧气(O2)稀释的麻醉下处理250s，导致高氧状态。ii)磷光寿命(τ)由每隔≈3秒和3秒获得的衰减曲线获得，然后再实时绘制，并以相应的体外氧水平作为参考(右轴)。C)i)在平衡到室内的氧气条件后，动物接受二氧化碳挑战。ii)在整个挑战过程中测量的磷光寿命，iii)然后绘制图表以显示二氧化碳挑战对可溶性氧水平的影响(n=1)。

本文发现，含有水不溶氧敏感发色团PdBMAP的丝基薄膜显示了作为光学氧传感器的可行性。丝素膜氧传感器生色团复合材料通过自组装、物理上交联的蛋白质网络来稳定，其中水充当增塑剂，从而产生具有可调节降解性的机械顺应性系统。此外，通过体外评估和皮下植入，本文验证了该微球在体内应用的可行性。FMS成功地在体内通过一系列生理可溶性氧浓度实时检测到氧气。这些结果表明了基于丝蛋白的生物材料作为氧敏感发色团的可降解基质的新颖、功能和翻译用途，并为该材料在其他生理传感应用中的应用提供了启示。（文：SSC）

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