长期以来，植入式传感器不断传输有关体内物质或药物的生命值和浓度信息的想法一直吸引着医生和科学家。这种传感器能够持续监测疾病进展和治疗成功。然而，直到现在，植入式传感器还不适合永久留在体内，几天或几周后需要更换。

由于免疫系统将传感器识别为异物，因此还存在植入排斥问题。使用许多技术时，指示浓度变化的传感器颜色是不稳定的，并且会随着时间的推移而褪色。美因茨约翰内斯古腾堡大学 (JGU) 的科学家们开发了一种新型的可植入传感器，可以在体内植入数月。该传感器基于颜色稳定的金纳米粒子，该纳米粒子通过特定分子的受体进行了修饰。嵌入人造聚合物组织中，将纳米金植入皮肤下，通过改变颜色报告药物浓度的变化。

多年来，JGU 的 Carsten Soennichsen 教授的研究小组一直使用金纳米粒子作为传感器来检测微观流动池中的微量蛋白质。金纳米粒子充当光的小天线：它们强烈吸收和散射光，并呈现出五颜六色。它们通过改变颜色来对周围环境的变化做出反应。Soennichsen 的团队已将这一概念用于植入式医疗传感。

为了防止微小颗粒被免疫细胞散射或降解，它们被嵌入具有组织状稠度的多孔水凝胶中。一旦植入皮下，小血管和细胞就会长入毛孔。传感器集成在组织中，不会作为异物被拒绝。“我们的传感器就像一个看不见的纹身，不比一美分大多少，比一毫米薄多少，”JGU 纳米生物技术组负责人 Carsten Soennichsen 教授说。由于金纳米粒子在红外波长下反射，因此肉眼不可见。然而，一种特殊的测量设备可以通过皮肤无创地检测它们的颜色。

在他们发表在Nano Letters 上的研究中，JGU 研究人员将他们的金纳米粒子传感器植入无毛大鼠的皮肤下。在施用不同剂量的抗生素后监测这些传感器中的颜色变化。药物分子通过血流传输到传感器。通过与金纳米粒子表面的特定受体结合，它们会引起颜色变化，这取决于药物浓度。由于颜色稳定的金纳米粒子和组织整合水凝胶，传感器被发现在几个月内保持机械和光学稳定。

“我们习惯于有颜色的物体随着时间的推移而漂白。然而，金纳米粒子不会漂白，而是永久保持颜色。因为它们可以很容易地涂上各种受体，因此它们是可植入传感器的理想平台，”Katharina 博士解释说Kaefer，该研究的第一作者。

这个新颖的概念是可以推广的，并且有可能延长植入式传感器的使用寿命。未来，基于金纳米颗粒的可植入传感器可用于同时观察体内生物标志物或药物的浓度。这种传感器可以应用于药物开发、医学研究或个性化医疗，例如慢性病的管理。

2004 年，Soennichsen 有了使用金纳米粒子作为植入传感器的想法，当时他在美因茨担任初级教授，开始了他的生物物理化学研究。然而，该项目直到 10 年后与 JGU 的科学家 Thies Schroeder 博士和 Katharina Kaefer 博士合作才得以实现。施罗德在生物研究和实验动物科学方面经验丰富，并已在完成数年的研究工作

Kaefer 正在为她的博士学位寻找一个令人兴奋的主题，并且对该项目的复杂性和跨学科性质特别感兴趣。初步结果导致马克斯普朗克研究生中心 (MPGC) 向 Kaefer 提供津贴，以及来自莱茵兰-普法尔茨州创新基金会的财政支持。“这样的项目需要许多具有不同科学背景的人。一步一步地，我们能够让越来越多的人相信我们的想法，”Soennichsen 说。最终，跨学科团队合作成功开发了第一个带有金纳米 粒子的功能性植入传感器。