最近，克萊姆森大學(xué)Jeffrey N. Anker教授團隊描述了一種植入式傳感器，用于測量滑液 pH 值，用于使用標準護理平片檢查無創(chuàng)早期檢測和監(jiān)測髖部感染。該傳感器由基于 pH 響應(yīng)的聚丙烯酸水凝膠制成，在高 pH 值時膨脹，在低 pH 值時收縮。在水凝膠的兩端嵌入高密度鉭珠和鎢絲，通過平片監(jiān)測水凝膠傳感器響應(yīng) pH 值的長度變化。

基于水凝膠的 pH 傳感器的有效酸解離常數(shù)(pKa)為5.6，pH 4 和 8 之間的靈敏度為3 mm/pH 單位。該傳感器在 pH 6.5 和 8 的生理相關(guān) pH 范圍內(nèi)顯示出線性響應(yīng)和可逆性。7.5 在緩沖液和?；喝芤褐校瑫r間常數(shù)為30分鐘。傳感器連接到移植的假體髖關(guān)節(jié)上，通過測量鉭珠和不透射線的金屬絲之間的長度，從 X 射線圖像中確定pH值響應(yīng)。因此，開發(fā)的傳感器將能夠使用平片對植入物髖部感染進行無創(chuàng)檢測和研究。相關(guān)論文以題為Synovial Fluid pH Sensor for Early Detection of Prosthetic Hip Infections發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上。

主圖

全球每年有數(shù)百萬人接受髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)。在這些手術(shù)中，髖關(guān)節(jié)被手術(shù)切除并替換為假肢組件(圖 1a)。該團隊報告了在手術(shù)過程中插入的基于 X 射線的傳感器的開發(fā)，該傳感器可用作潛在的 X 射線成像功能化學(xué)傳感器，用于無創(chuàng)檢測和研究植入物感染(圖 1b)。

圖1 a)裝有假肢的患者的 X 光片。b) 附有滑膜 pH 傳感器的假體髖關(guān)節(jié)示意圖。插圖顯示了 pH 傳感的機制。c) 帶有 pH 傳感器的髖關(guān)節(jié)假體照片。d) 帶有 pH 傳感器的髖關(guān)節(jié)假體的射線照片。

傳感器校準和可逆性

圖2 a) 聚丙烯酸水凝膠的 pH 響應(yīng) pH 值為2到11。b) 聚丙烯酸水凝膠在?；褐械目赡嫘栽?pH 6.5 和 7.5 之間循環(huán)變化。線顯示擬合指數(shù)。

連接到假肢髖關(guān)節(jié)植入物的成像傳感器和觀察者間的可靠性

圖3 

a)牛滑液中 pH 7.5 和 6.5 的植入物傳感器。

b) 在 pH 6 和 8.5 之間的?；褐须S機系列 15 張 X 光片的五名觀察者研究。

總結(jié)

該團隊描述了第一個使用平片測量滑液 pH 值的植入式傳感器。該傳感器在?；喝芤褐械?pH 6.5 和 7.5 范圍內(nèi)在 30 分鐘內(nèi)具有線性響應(yīng)和可重復(fù)響應(yīng)，pH 精度為 0.08 pH 單位。該方法快速、無創(chuàng)，并使用已作為術(shù)后護理標準的一部分的X射線。因此，開發(fā)的傳感器可用作潛在的 X 射線成像功能化學(xué)傳感器來檢測術(shù)后髖部感染。