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  依據(jù)患者情形調(diào)整治療方案的做法可以追溯至古希臘的希波克拉底，然而隨著新診斷技術(shù)的成長(zhǎng)，精準(zhǔn)醫(yī)療在21世紀(jì)才逐漸被人們所重視并得到了進(jìn)一步發(fā)展。而實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)健康相關(guān)生物分子作為了解病情的首要條件，在精準(zhǔn)醫(yī)療中扮演著至關(guān)重要的角色。然而，現(xiàn)有技術(shù)對(duì)幾乎所有生物分子的檢測(cè)都需要通過(guò)浸入性抽血的方式實(shí)現(xiàn)。此外，精準(zhǔn)醫(yī)療對(duì)生物分子的監(jiān)測(cè)具有非常強(qiáng)的時(shí)間敏感性，傳統(tǒng)的抽血方式通常需要幾個(gè)小時(shí)甚至更長(zhǎng)時(shí)間來(lái)獲取結(jié)果，此類方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)干預(yù)并進(jìn)行精準(zhǔn)治療。最后，現(xiàn)有檢測(cè)方法費(fèi)用高、可及性差（一些地區(qū)可能沒(méi)有足夠的醫(yī)療資源來(lái)進(jìn)行廣泛的監(jiān)測(cè)）。人體汗液或組織間隙液富含個(gè)體生理狀態(tài)密切相關(guān)的化學(xué)物質(zhì)，為無(wú)創(chuàng)或微創(chuàng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)健康狀況提供了契機(jī)。穿戴式及植入式生物傳感器不僅能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)、實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)人體內(nèi)的多種生物標(biāo)志物，例如維生素、氨基酸、代謝物和藥物濃度，而且能夠提供個(gè)性化健康管理的解決方案，輔助及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的健康問(wèn)題，以進(jìn)行早期干預(yù)。此外，此類傳感器能夠大幅減少傳統(tǒng)診斷方法中的延遲和成本，通過(guò)便捷的非侵入式監(jiān)測(cè)方式，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的發(fā)展。然而，此類設(shè)備的普及仍面臨著目標(biāo)分子檢測(cè)有限、操作穩(wěn)定性差以及生產(chǎn)可擴(kuò)展性差等一系列挑戰(zhàn)。

  在本期發(fā)表在Nature Materials的研究型文章 “Printable molecule-selective core-shell nanoparticles for wearable and implantable sensing” 中，高偉教授課題組著眼目前穿戴式及植入式傳感器面臨的主要挑戰(zhàn)（即目標(biāo)分子檢測(cè)有限、操作穩(wěn)定性差以及生產(chǎn)可擴(kuò)展性差）。首次提出了可打印、溶液合成的核殼納米顆粒，通過(guò)分子印刷聚合物殼層的分子識(shí)別功能和具有高度穩(wěn)定的電化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)能力的鎳六氰氟酸鹽核心，提供了多重功能。此類納米顆粒不僅能夠?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)分子的定制性識(shí)別，并且能夠在生物體液中穩(wěn)定工作，尤其適用于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的可穿戴和植入式傳感器。通過(guò)一站式噴墨打印和計(jì)算優(yōu)化的納米顆粒墨水配方，展示了此類技術(shù)在大規(guī)模生產(chǎn)中具有良好的可行性，為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)廣泛生物標(biāo)志物（如氨基酸、維生素、代謝物和治療藥物）提供了可能。值得一提的是此項(xiàng)工作的兩位共同一作王敏強(qiáng)博士和葉萃近期雙雙加盟上海交通大學(xué)。

圖1. 可打印的分子選擇性核殼納米粒子用于可穿戴和植入式生物傳感器.

圖2. 靶標(biāo)識(shí)別與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)雙功能核殼納米粒子的設(shè)計(jì)與表征.

圖3. 基于完全噴墨打印的MIP/NiHCF納米粒子電化學(xué)生物傳感器的表征.

圖4. 基于打印的MIP/NiHCF納米粒子生物傳感器在穿戴式長(zhǎng)期新冠和營(yíng)養(yǎng)監(jiān)測(cè)中的評(píng)估.

圖5. 基于可穿戴和植入式MIP/NiHCF納米粒子生物傳感器的實(shí)時(shí)治療藥物監(jiān)測(cè)評(píng)估.

  5.癌癥患者實(shí)時(shí)藥物監(jiān)測(cè)及動(dòng)物模型藥代動(dòng)力學(xué)研究：該平臺(tái)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)癌癥患者的治療藥物水平，并通過(guò)植入式平臺(tái)進(jìn)行藥物的藥代動(dòng)力學(xué)/藥效學(xué)研究，推動(dòng)了個(gè)性化治療的進(jìn)步。

  6.可重構(gòu)性和廣泛的應(yīng)用前景：該方法具有高度可重構(gòu)性，能夠連續(xù)監(jiān)測(cè)多種生物標(biāo)志物，如蛋白質(zhì)、激素、脂質(zhì)和藥物，進(jìn)一步拓展了個(gè)性化預(yù)防、診斷和治療應(yīng)用的可能性。

  原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41563-024-02096-4

作者簡(jiǎn)介：

  本文第一作者王敏強(qiáng)博士，于2025年1月從加州理工學(xué)院Wei Gao教授課題組博士后出站，隨后加入上海交通大學(xué)溥淵未來(lái)技術(shù)學(xué)院任長(zhǎng)聘教軌副教授，博士生導(dǎo)師，國(guó)家青年人才項(xiàng)目入選者（海外）。目前從事高度跨學(xué)科研究，重點(diǎn)開(kāi)發(fā)可用于基礎(chǔ)和應(yīng)用生物醫(yī)學(xué)研究的新型多功能能源材料和生物電子可穿戴系統(tǒng)。他的研究領(lǐng)域包括納米材料、可穿戴設(shè)備、生物傳感器、生物電子學(xué)、分析電化學(xué)、納米技術(shù)、微流體、個(gè)性化醫(yī)療、電催化。王敏強(qiáng)博士近年來(lái)以第一作者/共同第一作者身份在Nature Materials, Nature Biomedical Engineering, Nature Nanotechnology Advanced Materials, Trends in Chemistry, Angewandte Chemie International Edition等 期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文20篇。總引用5800余次，h-index為36。課題組正招聘相關(guān)專業(yè)博士后研究人員2-4名，有意向請(qǐng)聯(lián)系minqiangwang@sjtu.edu.cn

  本文第一作者葉萃博士，于2025年1月從加州理工學(xué)院Wei Gao教授課題組博士后出站，隨后加入上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院任研究員/學(xué)科帶頭人崗位。截止目前，在相關(guān)領(lǐng)域期刊發(fā)表SCI論文50余篇，谷歌學(xué)術(shù)總被引超3100次，H因子28。以第一作者/共同第一作者/通訊作者共計(jì)發(fā)表學(xué)術(shù)論文22篇，包括Nature Nanotechnology（無(wú)創(chuàng)可穿戴女性荷爾蒙汗液監(jiān)測(cè)技術(shù)被Nature和Nature Nanotechnology高亮報(bào)道），Nature Materials, Chemical Society Reviews, Angewandte Chemie International Edition等。其中，以女性荷爾蒙汗液監(jiān)測(cè)為核心技術(shù)成立的初創(chuàng)公司Persperity Health已成功獲得融資，目前正基于此關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行商業(yè)化產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。課題組正招聘相關(guān)專業(yè)助理研究員、博士后、研究助理等若干名，有意向請(qǐng)聯(lián)系cuiye@sjtu.edu.cn。

  本文通訊作者高偉教授現(xiàn)為加州理工學(xué)院醫(yī)學(xué)工程系教授和Ronald and JoAnne Willens特聘教授，2007年本科畢業(yè)于華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院，2009年于清華大學(xué)精密儀器系獲得碩士學(xué)位，2014年從加州大學(xué)圣地亞哥分校獲得化學(xué)工程博士學(xué)位。2014年至2017年期間，在加州大學(xué)伯克利分校電子工程與計(jì)算科學(xué)系開(kāi)展博士后工作研究。高偉教授現(xiàn)為Science Advances, Biosensors & Bioelectronics, npj Flexible Electronics, Sensors & Diagnostics期刊副主編，曾獲評(píng)美國(guó)自然科學(xué)基金委杰出青年獎(jiǎng)、國(guó)際醫(yī)學(xué)與生物工程科學(xué)院杰出青年獎(jiǎng)，海軍研究總署青年科學(xué)家獎(jiǎng)、斯隆研究獎(jiǎng)、IEEE醫(yī)學(xué)與生物學(xué)工程學(xué)會(huì)青年成就獎(jiǎng)，IEEE傳感器理事會(huì)技術(shù)成就獎(jiǎng)，世界經(jīng)濟(jì)論壇青年科學(xué)家, 美國(guó)化學(xué)會(huì)青年研究員獎(jiǎng)等諸多獎(jiǎng)項(xiàng)，入選麻省理工技術(shù)評(píng)論“35歲以下科技創(chuàng)新35人”全球榜單。他的研究方向包括可穿戴設(shè)備、生物傳感器、柔性電子、微納機(jī)器人與納米醫(yī)學(xué)等。