[AC] 视觉氢传感器用于监测镁植入物生物降解

通讯作者：Peng Zhang, William R. Heineman,

通讯单位：美国辛辛那提大学化学系

镁（Mg）及其合金可用于骨和组织修复的临时植入物。它们具有理想的机械性能和通过释放Mg2+、OH-和H2在体内无害的生物降解的能力。目前用于监测体内镁合金生物降解的方法要么是侵入性的，要么是昂贵的、复杂的，要么需要大型设备和经过专门培训的人员，从而使镁合金植入物的实时和即时监测成为问题。因此，迫切需要创新的方法来解决这个挑战。

基于此，美国辛辛那提大学化学系Peng Zhang，William R. Heineman教授开发一种新颖、薄且可穿戴的视觉H2传感器原型，用于在医学研究和临床环境中以快速响应对体内镁植入物生物降解进行无创监测。在这项工作中，使用双金属金-钯纳米粒子（Au-Pd NPs）组成的原型结合到薄的琼脂糖/海藻酸盐水凝胶基质中，在恒定的流速下，当暴露于不同水平的H2时，该基质会迅速将颜色从蓝色变为粉红色。为了量化传感器的颜色变化，ImageJ软件用于分析在H2暴露期间用智能手机拍摄的传感器照片。传感器浓度范围从纯H2到6和8 μM H2的检测限（通过两种方法定义）。该范围足以无创监测动物体内镁合金植入物的生物降解，可用于医学研究和临床。相关工作以“A Visual Hydrogen Sensor Prototype for Monitoring Magnesium Implant Biodegradation”发表在Analytical Chemistry上。

图1. 视觉H2传感器制造：（A）在一块3.5平方英寸的双线医用胶带上冲出一个8毫米的孔。剥离其中一个衬垫以露出面朝上的粘性表面。然后使用普通透明胶带将医用胶带贴在3英寸×4英寸的载玻片上；（B）在医用胶带的孔上方放置一块1平方英寸PTFE胶带；（C）一个15毫米的孔被冲进一块双线衬垫胶带。撕掉亚克力胶面的内衬，将密封胶带贴在聚四氟乙烯和医用胶带上。然后剥离有机硅粘合剂的衬垫；（D）传感器外壳层放置在密封胶带的硅胶粘合剂上；（E）将H2传感凝胶注入传感器外壳层；（F）在一块棕褐色医用胶带上打一个9.5毫米的孔，最后一层贴在传感器的顶部以密封所有层；（G）最终传感器尺寸的横截面示意图，其中去除了医用胶带的最终衬垫。

图2. 暴露于流速为24.0mL/min和浓度为0.00、19.5、37.4、75.8、163、343和800 μM的H2的七个视觉H2传感器的照片，在0、2、4、6、8、10和25分钟的曝光。

参考文献：

Michael E. Smith, Daniel P. Rose, Xiaoyu Cui,Angela L. Stastny, Peng Zhang, William R. Heineman, A Visual Hydrogen SensorPrototype for Monitoring Magnesium Implant Biodegradation, Anal. Chem. 2021, https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.1c01276.