德克萨斯A&M大学的范达纳·苏雷什 水凝胶网眼内的梳状分子防止小分子(如葡萄糖传感分析)泄漏
学分:博士
梅丽莎·格伦兰/德克萨斯A&M大学工程学院 在在线发表在《美国化学学会应用聚合物材料》杂志上的一项新研究中，德克萨斯A&M大学的科学家报告说，他们设计了一种水凝胶膜，可用于容纳光学葡萄糖传感材料，用于构建监测糖尿病患者血糖水平的生物传感器
通过在一种叫做聚(N-异丙基丙烯酰胺)或聚尼帕胺(简称聚尼帕胺)的水凝胶中加入悬挂的梳状分子链，他们表明这种膜可以防止小分子的泄漏，就像葡萄糖传感膜一样，同时仍然允许葡萄糖自由进出
当准备用于临床时，研究人员表示，这些膜可以用来形成生物传感器，可以很容易地植入手腕皮肤下，并可能提供一种更舒适的替代经皮植入物的方法，后者部分位于皮肤之外
此外，与需要每隔几周更换一次的透皮植入物不同，这种皮下植入物可能只需要每隔几个月更换一次
“我们已经在水凝胶材料方面做了大量的工作，着眼于机械性能和异物反应，但我们的宏伟目标一直是使用聚NIPAAm膜来构建皮下葡萄糖生物传感器，”Dr
梅丽莎·格伦兰，查尔斯·H
贝蒂·巴克利生物医学工程系教授
“在这项研究中，我们已经能够微调这些水凝胶的扩散特性，我们之前已经确定这些水凝胶是构建长期功能葡萄糖生物传感器的有前途的候选材料
" 聚尼帕胺是一类有机水凝胶，具有柔软的质地，像隐形眼镜
它们的一个吸引人的特性是，它们可以随着体内微小的温度波动而经历周期性的膨胀和去膨胀
由于它们的表面随着温度而动态变化，它们阻止了细胞和生物分子的附着
这种主动的自清洁机制使得聚NIPAAm水凝胶对植入物很有吸引力，因为它们将免疫系统的攻击降至最低
为了使用聚NIPAAm膜来监测血糖，它必须包含足够的葡萄糖传感分子或检测
此外，水凝胶的寿命还取决于膜保留这些检测分子而不泄漏的能力
“想想NIPAAm水凝胶就像一件针织衫，网眼之间的空间是由交叉缝线形成的
现在，水凝胶中的这些空间或窗口太大，让检测分子直接通过，”格伦兰说
“如果化验一直以这种方式进行，我们就不会有一个长期运行的传感器
" 因此，格伦兰和她的团队致力于微调聚NIPAAms的性能，以限制葡萄糖传感分子的泄漏，同时仍然允许葡萄糖自由扩散通过水凝胶
为了减小间隙的大小，研究人员将不同电荷、长度和浓度的悬空分子插入聚尼帕胺水凝胶中
当结合到水凝胶中时，这些分子形成梳状屏障，其齿被设计成阻止小的化验大小的分子扩散
为了测试这种梳状结构是否能限制葡萄糖传感器的扩散，他们还在水凝胶中加入了荧光标记的分子葡聚糖，作为葡萄糖传感分子的代理
接下来，他们将水凝胶放入水中，测量由于葡聚糖从水凝胶中泄漏而在水中产生的荧光量
研究人员发现，当他们使用一种叫做聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸)或PAMP的带负电荷的分子时，梳子阻止了葡聚糖的扩散
此外，他们还观察到葡萄糖分子不受阻碍地进出水凝胶
格伦兰指出，既然他们已经有了水凝胶可以抑制小分子右旋糖酐泄漏的概念证明，他们研究的下一步将是构建一种膜内含有葡萄糖传感分子的生物传感器
“尽管我们目前的研究没有涉及实际的传感分子，但它非常确切地向你展示了梳状结构对水凝胶限制扩散的作用，”格伦兰说
“这是一项系统的研究，旨在展示我们的方法的有效性，以及将我们的发现扩展到葡萄糖传感以外的其他研究领域的可能性，这些领域需要设计扩散受限的水凝胶
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