可穿戴传感器可以利用生物技术监测个人和环境数据。

可穿戴传感器可以利用生物技术监测个人和环境数据。

为了提高士兵的杀伤力,陆军研究人员正在开发生物识别接收器,该接收器能够在多领域环境中保持一致的性能,并能够收集士兵健康和性能的实时评估。

图片说明:马特·科波克博士是ARL的化学家和团队负责人,他站在马里兰州阿德尔菲的ARL总部的研究实验室里,在那里他正在开发能够在多领域环境中保持一致性能的生物识别受体,并能够收集士兵健康和性能的实时评估。(美国陆军照片,作者:Jhi Scott)

美国陆军作战能力发展司令部陆军研究实验室(The Army Research Laboratory)的化学家和团队负责人马特·科波克(Matt Coppock)博士说:“在多方面作战环境下,陆军需要更具适应能力、更具远征性,在优化个人对团队执行的同时,后勤需求几乎为零。”被称为ARL的堕胎。可以预见,实时的健康和绩效监测,以及感知当前和新出现的环境威胁,可能是实现这一目标的一套关键工具。”

ARL科学家与加利福尼亚理工学院和Indi Molecular,Inc.的研究人员合作,开发了一种蛋白质催化捕获(PCC)代理技术,该技术改进了先前版本的受体,并能够监测战场士兵的个人和环境数据。这项研究由陆军合作生物技术研究所(Institute of Collaborative Biotechnologies)于2012年资助,发表在《化学评论》的综合评论文章中。

“与标准抗体受体相比,PCC技术已经证明了受体稳定性、适应性和可制造性的改善,并支持士兵杀伤力跨功能小组,作为一种潜在可行的技术,通过可穿戴传感器收集的相关生物标记来监测士兵的表现,”Coppock说。

他说,生物受体被集成到生物传感器中,选择性地从血液、汗液、鼠尾草等复杂混合物中捕获感兴趣的目标,以产生可测量的传感器效果。

科波克说:“如果没有受体,就不可能知道你正在检测你想要检测的东西。”

从注射感兴趣目标的动物身上收集的抗体,由于其对目标的高结合强度和选择性,被用作生物传感器中的受体。

“金标准受体的工作是基于抗体,这是在目标捕获和选择性,但他们的检测能力有点有限,因为他们的不稳定性,有限的保质期和批量性能变化,”科波克说。

研究小组开发了一种不同的、更具创新性的方法。

科波克说:“作为一种替代方法,基于肽的受体更小、更容易产生、更便宜、对环境压力更为强大,同时仍然保持抗体所需的结合特性。”

研究小组使用的受体在90摄氏度下加热一小时后几乎能保持所有的活性,而许多抗体在加热到70摄氏度以上后几分钟内完全不活动。

科波克说:“我们采用了一种完全合成的方法来开发受体,这使得我们能够更有效地控制独特的构建块的结合,以保证稳定性,并允许对传感器集成进行直接修改。”

该小组建立了一个完整的能力基础设施,使他们能够通过广泛可用的肽合成器,在实验室内,按需,以任何数量充分开发合成的肽基受体。

科波克说:“在整个合作过程中,技术的各个方面都取得了进展,最终形成了一种高吞吐量的开发方法。”这些方面包括重新考虑靶向策略、升级库结构、自动筛选步骤以及同时表征多达100个不同肽序列的性能。”

他说,研究人员现在能够在目标确定后的两到三周内,从一开始就完全开发出一种受体。这个过程以前大约需要5到6个月。

科波克说:“目前的陆军项目正在确定与士兵健康和表现相关的重要生物标记,因此建立快速发展受体的能力将使实验室跟上并推进生物标记的发现和分析。”

研究小组注意到,研究继续以一种更快速的方式使新试剂的设计和选择过程变得更容易根据需要制造这些传感器。此外,ARL目前正在协调努力,以解决人类绩效和食品和水安全方面的传感需求。

这些受体的其他潜在应用包括环境生物威胁监测、健康诊断和治疗学,这可能对作战人员产生重大影响。

这项技术引起了陆军科学技术界的广泛关注,如CCDC士兵中心、CCDC化学生物中心和陆军医疗司令部的研究员。

在此之前,这项合作研究已经使生物受体从技术准备水平(TRL-2)成熟到TRL-4,包括成功地集成到多种分析平台,以便在严峻的环境中进行加固生物传感,并将试剂转移到CCDC CBC。

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