科学家们开发了一种突破性的多化学图像传感器，可以在不需要标记的情况下实时同时检测乳酸和质子（H+）动态。这项发表在《生物传感器与生物电子学》上的创新成果，有望显著提高生化监测水平，为生物医学研究和临床诊断开辟新的可能性。通过提供更清晰和动态的化学变化视图，该传感器可以改进生物样本中生理条件和生物化学信号的检测和分析。
背景
理解多种化学信号如何实时相互作用对于推进医学和生物学研究至关重要。传统的传感方法在灵敏度和特异性方面经常面临挑战，特别是在复杂生物流体中检测低浓度分析物时。虽然现有的生物传感器可以分别分析乳酸和H+动态，但很少有技术能够同时监测这两种动态——这一进步可以提供对代谢过程和疾病机制的更深入见解。
研究
为了创建这种多化学图像传感器，研究团队采用了先进的半导体加工技术。该传感器基于0.15-μm工艺的CMOS技术构建，具有256 × 256像素阵列，间距为2 μm。金电极图案通过光刻技术创建，首先使用紫外线照射清洁Ta2O5基底。
然后涂覆正性光刻胶，通过控制光曝光和显影来定义电极区域。使用电子束物理气相沉积法沉积薄层金和钛，形成功能性乳酸和pH传感区域。传感器被封装在环氧树脂中以进行保护，留下暴露的像素以促进生化相互作用。
该传感器依赖于电位检测。乳酸通过乳酸氧化酶（LOx）和辣根过氧化物酶（HRP）催化氧化反应进行测量。这种设置使传感器能够生成与乳酸浓度和pH值相对应的实时电压输出——这是分析生物系统的关键。
结果与讨论
该传感器表现出高灵敏度，检测pH变化的响应为每单位65 mV，并能识别低至1 μM的乳酸浓度。这些能力使其能够精确地实时监测生化波动。
通过同时捕获乳酸和H+动态，该传感器提供了对其在生理过程中作用和相互作用的更全面理解。其高空间分辨率和快速响应使其特别适用于分析局部生化事件，从而提供对代谢功能和细胞行为的更深入见解。
另一个显著优势是该传感器在不同环境条件下的稳定性，确保在不同的生物应用中保持一致性能。与传统传感器相比，这种多化学传感器在实时多分析物检测方面提供了更高效和可靠的方法。
结论
这项研究展示了一种基于CMOS的多化学图像传感器，能够以高灵敏度和精度实时可视化乳酸和pH分布。金电极图案与电位传感器阵列的集成标志着生物传感技术的重大进步。
这些发现为未来化学传感和生物成像的进步奠定了基础。通过允许同时监测多个生化标志物，该传感器有可能增强诊断工具和健康监测系统。随着对高分辨率、准确生物传感器需求的增长，这项创新代表了实时生化成像的重大突破。
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