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傳感線頭可無縫植入人體 監測人體機能
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日期:2017-01-24 09:16:52來源:物聯中國 點擊:639
核心提示:在現代醫學中,有很多方法可以檢查身體。比如,通過測心率和血壓來評估心臟機能;通過驗血檢測鐵含量來診斷是否貧血。但醫學的監測手段遠沒

       在現代醫學中,有很多方法可以檢查身體。比如,通過測心率和血壓來評估心臟機能;通過驗血檢測鐵含量來診斷是否貧血。但醫學的監測手段遠沒有做到無孔不入。

       肌肉與髖關節的診斷往往很復雜,而且價格不菲。而且,人一旦意識到這些部位有所不適,往往為時已晚。較深的傷口與手術內切口情況也是如此。

       薩米爾·松庫西爾(Sameer Sonkusale)在塔夫茨大學(Tufts University)工程實驗室時就曾考慮過,是否有可能發明這樣一種傳感器,它可以無縫植入人體,并且能在體外接收到實時監控信息。如果可能,那么首先它不能引發感染或機體免疫反應。同時,這種傳感器在嵌入之后還不能影響組織的正?;?,比如肌肉的拉伸性。如果這種傳感器還能量產,而且價格不貴,那就再好不過了。

       浸入納米材料的傳感線頭

       浸入納米材料的傳感線頭可以監測人體機能

       薩米爾從傳感器的材料開始研究,最終發現了一種理想候選物——線,就是衣服紡織線那種。線有很多優點,它廉價、便于制造又無處不在。而且線還富有柔性與張力,機體對某些材料的線還沒有排斥反應。另外,經常縫合傷口的醫生操控起線來也是游刃有余。那么,如果我們能夠把傳感器嵌入細線之中會怎樣呢?

       尋找傳感器

       現今的醫學傳感器都是平面型的,并且是剛性的,這就導致它們無法監測皮膚等組織。但很多器官和組織都是三維的多層生物結構。監測這些組織就需要線這樣的傳感器。

       用浸有液體的細線縫合傷口

       納米材料可以是有機的也可以是無機的,可以具有生物活性也可以是惰性的,它還可以被設計成具有某些物理化學特性的醫學傳感器,比如,多樣性的碳納米管。它的導電性是可以定制的,也正因如此,碳納米管正逐漸成為新一代傳感器和晶體管的基體材料。此外,碳納米管還可以監測DNA和蛋白質單分子。有機納米聚苯胺同樣有廣泛應用,它最顯著的特性就是其導電性取決于環境的酸堿度。

       用途廣泛

       除了感應能力,很多材料的線頭還有一個有用特性:芯吸。它可以利用毛細效應疏導液體,跟燈芯輸運液蠟維持火焰是一個道理。

       棉線可以將細胞間隙的液體輸運到體內各處的傳感線頭。傳感線頭將電信號傳遞給皮膚外表的一個裝有紐扣電池和小天線的彈性裝置。該裝置將信號放大并且數字化,最后將信號無線傳輸給智能手機等設備。

       這種小型化的傳輸-感應-發射系統的電力,僅需皮膚表面的一塊小電池就能供應,或者不用電池,僅僅依靠患者血液內的葡萄糖來供應能量。這樣,醫生就可以持續地對患者的健康狀況進行遠程監控。

       這種集成化的無線監控系統有很多優勢。首先,患者更自由了,沒必要非得住院。其次,實時收集的數據為醫生提供了更準確的參考信息。另外,它還降低了醫療成本。

       目前,納米浸入式線頭已經在無菌實驗室中對嚙齒類動物進行了試驗。下一步要做的是對動物做進一步試驗,以檢驗傳感線頭在活體組織內的長期表現。之后,我們會對人體組織進行試驗。

       線頭有很廣泛的應用前景,薩米爾現在正在做更深入的研究。糖尿病患者的傷口有難以愈合的風險,這可能會導致感染,甚至截肢。用傳感線頭縫合則可以讓醫生在早期就發現問題,并及時做出反應以防止病情進一步惡化。傳感線頭還可以做成繃帶、傷口敷料甚至醫院床單,它可以在病情失控前就發出預警。

       傳感線頭

       薩米爾研制傳感線頭的工作始于棉線——將普通線頭浸入含有不同納米材料的液體,然后迅速將其烘干。這些線頭的性能取決于溶液中納米材料的特性。

       比如,將具有碳納米管和硅涂層的柔性橡膠纖維制作成傳感線頭,它就可以檢測物理應力。當這種傳感線頭受到拉伸時,它的導電性就會改變,我們就能夠在機體外部檢測到這種變化。把它植入人體,它就可以用來監測傷口愈合和肌肉拉傷狀況。當有異常應變發生時,說明傷口在緩慢愈合,或者裝置放置不當。這就可以及時提醒醫生和患者做出相應調整。

       將一根線頭涂覆碳納米管和聚苯胺納米纖維,另一根涂覆銀和氯化銀,檢測兩根線頭間的電流強度可以檢測組織酸度,這是判斷傷口是否受感染的重要依據。

       葡萄糖氧化酶跟葡萄糖反應會產生電信號,因此涂覆葡萄糖氧化酶的傳感線頭就可以監測人體血糖水平。同樣的道理,在導電線頭中涂覆其他一些納米材料還可以監測血液中的鈉、鉀含量,它們是血液代謝的標志物。

       檢測信息傳送

出處:物聯中國
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