Advanced Functional Materials:红细胞光波导——活体内部的生物传感器和微马达

实时检测疾病的动态变化并将药物定向运输到病变部位是实现精准医疗和诊疗一体化的基础,生物传感器和微马达在这方面发挥着重要作用。传统的生物传感器和微马达一般由人工的无机材料如二氧化硅、贵金属、半导体等构建而成,由于这类无机材料容易对生物组织造成损伤并且难以降解,因此大部分研究都是在体外环境下进行。为了在体内对疾病进行诊断和治疗,研究者提出了利用生物有机材料组装生物传感器和微马达,然而,现有的生物材料一般是人体外源材料,植入体内后由于生物不兼容会引起免疫排斥反应,因此急需一种体内天然存在的材料用于构建生物兼容的传感器和微马达。

为解决上述难题,暨南大学纳米光子学研究院李宝军教授团队借助光操控技术,在活体血管内组装了天然的红细胞光波导,以此构建一种具有生物兼容性的生物传感器和微马达,实现了对血液疾病的实时检测和微颗粒的靶向运输。他们将穿透性强的近红外激光分别通入两根锥形光纤探针,利用光纤尖端出射光产生的光梯度力将血液中多个红细胞组装成一串有序的波导,通过测量红细胞波导的光传播模式,可以实时探测血液中pH的变化,当检测到pH异常引起的疾病时,对红细胞波导施加光学扭矩使其沿一定方向旋转,从而驱动局部血液的流动并带动血液中的微颗粒,将其运输到病变部位。该技术为血液疾病的早期诊断和药物运输提供了一种生物兼容的工具。

相关成果以“Red‐Blood‐Cell Waveguide as a Living Biosensor and Micromotor”为题,在线发表在Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.201905568)上,并被选为当期的Inside Back Cover。李宇超副教授和刘晓帅助理教授为论文共同第一作者,李宝军教授和张垚教授为共同通讯作者。