具有细齿分子梳的水凝胶可以制成持久的葡萄糖监测植入物

在一项新的研究中，该研究在线发表在《化学学会(ACS)应用聚合物材料》杂志上，得克萨斯州A&M大学的科学家报告说，他们已经设计了一种水凝胶膜，可用于容纳光学葡萄糖感测材料，以建立用于监测糖的生物传感器。糖尿病患者的水平。

通过将悬空的梳状分子链结合到一种称为聚(N-异丙基丙烯酰胺)或聚NIPAAm的水凝胶中，他们证明了这种膜可以防止小分子的泄漏，例如用于葡萄糖传感的小分子的泄漏，而仍然允许葡萄糖自由扩散进出。

研究人员说，当准备用于临床时，这些膜可用于形成生物传感器，该传感器可轻松植入手腕皮肤下，并为部分位于皮肤外部的透皮植入物提供更舒适的替代方法。而且，与需要每隔几周更换一次的透皮植入物不同，这种类型的皮下植入物可能仅需要每隔几个月更换一次。

教授兼持有人Melissa Grunlan博士说：“我们已经在研究机械性能和异物反应的水凝胶材料方面做了大量工作，但我们的宏伟目标一直是使用聚NIPAAm膜构建皮下葡萄糖生物传感器。”生物医学工程系Charles H.和Bettye Barclay教授的职位。“在这项研究中，我们已经能够微调这些水凝胶的扩散特性，这些水凝胶我们先前已确定是构建长期功能的葡萄糖生物传感器的有前途的候选者。”

聚NIPAAms是一类具有柔软质地的有机水凝胶，例如隐形眼镜。它们的诱人特性之一是它们可以在体内温度波动较小的情况下经历周期性溶胀和溶胀。由于它们的表面随温度动态变化，因此它们阻止了细胞和生物分子的附着。这种主动的自我清洁机制使聚NIPAAm水凝胶对植入物具有吸引力，因为它们可最大程度地降低免疫系统的攻击。

要使用聚NIPAAm膜监测血糖，它必须容纳足够的葡萄糖感应分子或化验。此外，水凝胶的寿命还取决于膜保留这些测定分子而不泄漏出来的能力。

格伦兰说：“像针织毛衣一样思考NIPAAm水凝胶，其中网眼之间的空间是由交叉的针脚形成的。现在，水凝胶中的这些空间或窗口太大，让检测分子可以直接通过。” “如果检测方法以这种方式不断浸出，那么我们将不会有一个功能长期的传感器。”

因此，Grunlan和她的团队将精力集中在微调聚NIPAAms的特性上，以限制葡萄糖敏感分子的泄漏，同时仍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了聚NIPAAm水凝胶中。当掺入到水凝胶中时，这些分子会形成梳状的屏障，这些屏障的牙齿被设计为阻止小分子大小的分子扩散。为了测试这种类似梳子的架构是否可以限制葡萄糖传感器的扩散，他们还将称为dextrans的荧光标记分子置于水凝胶中，该分子充当葡萄糖传感分子的代理。接下来，他们将水凝胶放入水中，并测量了由于右旋糖酐从水凝胶中泄漏出来而导致的水中荧光量。

研究人员发现，当使用带负电荷的分子称为聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙烷磺酸)或PAMP时，梳子会阻止葡聚糖的扩散。此外，他们还观察到葡萄糖分子流入和流出水凝胶的过程不受阻碍。

格伦兰(Grunlan)指出，现在他们已经有了概念证明，证明其水凝胶可以抑制小型葡聚糖的泄漏，下一步的研究将是建立一个生物传感器，其膜中包含葡萄糖感应分子。

格伦兰说：“即使我们目前的研究没有涉及实际的感测分子，它也非常有结论性和精确地向您展示了梳状结构对水凝胶限制扩散的作用。” “这是一项系统的研究，显示了我们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，这些研究需要设计扩散受限的水凝胶。”

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