...安全降解!科學家開發高性能植入式醫療傳感器 以監測人體健康狀況

2020-11-23 健康界

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導言：在醫療過程中，對病人身體狀況進行監測是很重要的一環，而普通傳感器價格昂貴，在監測過程中可能會給患者帶來不適甚至產生危險。近日，一個國際研究團隊設計了一種高靈敏度的柔性傳感器，該傳感器可以植入體內，並且在不再需要時，安全地進行生物降解，成為可被人體吸收的組分。

在這項研究中，他們開發的可植入傳感器可以監測人體內各種形式的一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）水平。這類物質在人類健康中發揮重要作用。如，人體中自然產生的一氧化氮可以舒張血管以增強血液流動，從而使氧氣和營養物質在體內循環；二氧化氮的暴露與慢性阻塞性肺疾病等疾病的進展有關。

該研究於11月6日在線發表在《NPG Asia Meterials》，題為「Biodegradable, flexible silicon nanomembrane-based NOx gas sensor system with record-high performance for transient environmental monitors and medical implants」。

該團隊通過使用可植入、可彎曲、可拉伸且可生物降解的材料製造了這一傳感器。雖然目前的裝置可在體外監測一氧化氮和二氧化氮水平，但它們笨重，而且還可能不如可植入裝置精確。

然而，如果需要移除可植入設備，這就可能意味著需要對人體進行侵入性的操作來取出。因此，研究人員致力於開發無需侵入性操作就可消除的傳感器。

該研究的作者之一，賓夕法尼亞州立大學工程科學與力學系的Huanyu Cheng說：「如果您進行了心臟外科手術，那麼監測心臟表面或內部器官的氣體水平可能更為有益。這種氣體傳感器具有植入性和可生物降解性，這是我們一直在努力的一個研究方向。患者從外科手術中完全恢復後，他們就不再需要該設備，這就是可生物降解設備的好處。」

基於單晶矽納米膜（SC-Si NMs）的生物可吸收的，靈活的NO x（NO / NO 2）傳感系統

據研究人員稱，該設備的所有成分在水中或體液中均可生物降解，但仍具有足夠的功能以捕獲有關氣體含量的信息。在這種情況下，研究人員用鎂製成了設備的導體，對於功能性材料，他們使用了對一氧化氮高度敏感的矽。

研究顯示，人體可以安全吸收該設備中使用的所有材料。這一設計的另一個好處是，這些材料的溶解速度足夠慢，以使傳感器在患者康復期間可以在體內持續發揮作用。

Cheng說：「矽是獨一無二的，它是現代電子產品的基礎，人們認為它非常穩定。同時，矽也被證明是可生物降解的。它可以以一種非常緩慢的方式溶解，每天溶解約一到兩納米，具體取決於環境。」

根據研究人員描述，該傳感器在潮溼條件和水溶液中進行了測試，表明它可以在人體的惡劣條件下穩定運行。

此外，該團隊還利用了ICDS的Roar超級計算機來創建計算機模擬，以計算這個設備由於材料的微小形狀變化而帶來的影響。

Cheng說：「我們的測量基於電阻，電阻可以根據氣體吸收量而變化，但是由於設備變形也會發生變化。因此，如果皮膚表面的傳感器變形，將產生很大的影響，而且這會使我們也不能判斷氣體監測的數據變化是來自設備變形還是來自於環境。」

研究人員表示，他們未來的工作可能會專注於設計集成系統，以監測身體其他功能，幫助治療各種疾病。

參考資料：

【1】https://www.genengnews.com/news/implantable-body-sensor-biodegrades-after-use/

【2】https://www.nature.com/articles/s41427-020-00253-0

 

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