在生物醫(yī)學(xué)中，能夠持續(xù)監(jiān)測氧氣等生化分析物是十分關(guān)鍵的，因?yàn)檫@能夠提供對(duì)生理學(xué)和健康的即時(shí)反饋。由于蠶絲獨(dú)特的兩親性化學(xué)性質(zhì)，絲蛋白生物材料作為氧傳感器中的支架材料特別有用，可促進(jìn)蛋白質(zhì)和添加劑在水性環(huán)境中的非價(jià)穩(wěn)定。

來自美國塔夫茨大學(xué)和空軍研究實(shí)驗(yàn)室的學(xué)者對(duì)含有不溶于水的氧感應(yīng)發(fā)色團(tuán)Pd（II）四甲基丙烯酸苯并卟啉（PdBMAP）的絲膜在體外和體內(nèi)作為光學(xué)氧傳感器進(jìn)行評(píng)估。這些絲-發(fā)色團(tuán)復(fù)合材料通過自組裝的物理交聯(lián)蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定。發(fā)色團(tuán)在體外的脫氣磷光壽命（τ_m，0 ≈300 μs）在≈31 μm溶解氧下被淬滅至其初始值的50%，從而表明在氧氣的生理范圍內(nèi)具有傳感功能。本文研究了具有和不具有發(fā)色團(tuán)的絲綢薄膜的體外酶促降解性能。結(jié)果表明，絲-發(fā)色團(tuán)復(fù)合膜在體外具有細(xì)胞相容性，在大鼠植入體內(nèi)時(shí)在體內(nèi)具有生物相容性，并顯示出適合皮下植入的機(jī)械性能。此外，這些薄膜能夠維持體內(nèi)的氧傳感功能并表現(xiàn)出跨各種生理狀態(tài)（即高氧，正常和缺氧）的實(shí)時(shí)傳感能力。相關(guān)文章以“Degradable Silk-Based Subcutaneous Oxygen Sensors”標(biāo)題發(fā)表在Advanced Functional Materials。

論文鏈接：

https:///10.1002/adfm.202202020

圖 1. 絲綢發(fā)色團(tuán)薄膜的制備。 a)磷光絲發(fā)色團(tuán)復(fù)合膜連續(xù)氧監(jiān)測平臺(tái)示意圖。 b) 概述絲-生色團(tuán)薄膜生產(chǎn)的示意圖。 c) 絲-發(fā)色團(tuán)膠片的代表性圖像。d)酰胺 I 區(qū)域的 FTIR 光譜，用于表征整個(gè)水蒸氣退火過程中的二級(jí)結(jié)構(gòu)。 e) β-折疊含量由FTIR 光譜的反卷積 (n = 3)確定。

圖2.薄膜的體外光物理特性。A)i)5%和10%真絲發(fā)色團(tuán)薄膜的發(fā)射光譜和ii)激發(fā)光譜。B)在不同的溶解氧濃度下，i)5%和ii)10%色絲團(tuán)的壽命衰減曲線。C) i)5%和ii)10%真絲發(fā)色團(tuán)膜中的磷光壽命與可溶性氧濃度的關(guān)系圖(n=1)。

圖3.體外降解和材料細(xì)胞毒性的調(diào)節(jié)。A)通過改變纖維膜(ii)中的絲素含量(n=3)去調(diào)節(jié)α-糜蛋白酶和蛋白酶XIV(i，ii)處理的纖維膜的體外降解速率。B)接種在絲質(zhì)發(fā)色團(tuán)膜上的細(xì)胞(i)在7天內(nèi)評(píng)估代謝活性(ii)和活力(iii)。

圖4.體內(nèi)實(shí)驗(yàn)證明薄膜具有生物相容性。A)將薄膜植入動(dòng)物的背部，并在3、7、14和28天后進(jìn)行移植。B)7天后整合到組織中的薄膜的代表性圖像。C)組織外植體的血毒素和曙紅染色，其熒光位置以綠色表示(n=3，每只動(dòng)物4個(gè)樣本)。

圖5.實(shí)時(shí)和連續(xù)的活體氧氣檢測實(shí)驗(yàn)。A)麻醉情況下的大鼠和背上的掃描器連續(xù)測量氧氣的裝置，以監(jiān)測在高氧條件下植入的熒光素的磷光壽命。B)i)動(dòng)物在氧氣(O₂)稀釋的麻醉下處理250s，導(dǎo)致高氧狀態(tài)。ii)磷光壽命(τ)由每隔≈3秒和3秒獲得的衰減曲線獲得，然后再實(shí)時(shí)繪制，并以相應(yīng)的體外氧水平作為參考(右軸)。C)i)在平衡到室內(nèi)的氧氣條件后，動(dòng)物接受二氧化碳挑戰(zhàn)。ii)在整個(gè)挑戰(zhàn)過程中測量的磷光壽命，iii)然后繪制圖表以顯示二氧化碳挑戰(zhàn)對(duì)可溶性氧水平的影響(n=1)。

本文發(fā)現(xiàn)，含有水不溶氧敏感發(fā)色團(tuán)PdBMAP的絲基薄膜顯示了作為光學(xué)氧傳感器的可行性。絲素膜氧傳感器生色團(tuán)復(fù)合材料通過自組裝、物理上交聯(lián)的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)來穩(wěn)定，其中水充當(dāng)增塑劑，從而產(chǎn)生具有可調(diào)節(jié)降解性的機(jī)械順應(yīng)性系統(tǒng)。此外，通過體外評(píng)估和皮下植入，本文驗(yàn)證了該微球在體內(nèi)應(yīng)用的可行性。FMS成功地在體內(nèi)通過一系列生理可溶性氧濃度實(shí)時(shí)檢測到氧氣。這些結(jié)果表明了基于絲蛋白的生物材料作為氧敏感發(fā)色團(tuán)的可降解基質(zhì)的新穎、功能和翻譯用途，并為該材料在其他生理傳感應(yīng)用中的應(yīng)用提供了啟示。（文：SSC）