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无线、无电池、可生物降解的血流传感器诞生

导读: 《自然》子刊《自然-生物医学工程》1月8日发表的一篇论文中详细介绍了这款器件,它可以通过动脉监测血液流动情况。这款传感器无电池、无线且可生物降解,因此无需拆除。如果监测到血管阻塞,它可以向患者的医生发出警告。

据麦姆斯咨询报道,《自然》子刊《自然-生物医学工程》1月8日发表的一篇论文中详细介绍了这款器件,它可以通过动脉监测血液流动情况。这款传感器无电池、无线且可生物降解,因此无需拆除。如果监测到血管阻塞,它可以向患者的医生发出警告。

“血流测量对于医学许多专业至关重要,因此这款无线可生物降解传感器可能会影响血管、移植、整形重建和心脏手术等多个学科领域,”外科助理教授、该论文高级作者、医学博士Paige Fox 说,“当我们试图应对整个湾区、中央山谷及其他地区的患者时,这项技术将使我们能够在不需要面对面问诊或测试的情况下扩展我们的护理能力。”

监测血管手术充满挑战,因为血管出问题所表现出来的症状往往来得太晚。到那时,患者通常需要进行额外的风险相当的手术。这款新的传感器可以帮助医生远程密切关注术后恢复中的血管,为早期干预创造机会。

无线监测血管阻塞

将这款传感器紧紧地包裹在愈合血管周围,流经的血液脉冲可以对传感器的内表面施加一定的压力。随着传感器内表面的形状变化,会改变传感器的电容,医生便可以通过靠近血管但位于身体外部的设备进行远程监测。该设备通过类似ID卡扫描,利用传感器的天线来获取读数。将来,该设备可以采用贴片形式,也可以集成到可穿戴设备或智能手机等其他设备中。

无线、无电池、可生物降解的血流传感器诞生

上图描绘了这款可生物降解的压力传感器,它围绕着一根血管,天线在左侧(分离的层状结构,展示了天线结构的细节)

研究人员首先在人工环境中对这款传感器进行了测试,在实验中,他们将空气泵入接近动脉尺寸的小管中,以模仿脉动的血流。斯坦福大学博士后学者、该论文共同作者、外科医生Yizitoshi Kaizawa博士,还将这款传感器在大鼠的动脉上进行了植入测试。即使在大鼠动脉上,这款传感器也成功地向无线读取器报告了血流量情况。当前,研究人员只关注血管是否完全阻塞的监测,但他们确实看到这款传感器未来可以识别更精细的血流波动。

这款传感器相当于是斯坦福大学化学工程教授鲍哲南为假肢开发的触觉传感器(人造皮肤)的无线版本。

“人造皮肤技术已经有一定的历史了,”K.K. Lee 化学工程学教授、该论文的另一位资深作者鲍哲南说,“我们一直对如何在医疗领域应用这些传感技术感兴趣,需要花一定的时间才能匹配合适的应用场景。”

研究人员需要改良现有的传感器材料,使其既能够对血液脉冲敏感,又具有一定的刚性以保持其形状。他们还需要将传感器天线转移到不受血液脉动影响的安全位置,并重新设计电容器,使其可以环绕在动脉周围。

“这是一个非常精密的项目,需要进行多轮实验和重新设计,”该论文第一作者、博士后学者Levent Beker博士说,“我一直对医疗和植入应用感兴趣,该技术或能为多种外科手术开辟新的监测或远程医疗手段。”

这项研究由瑞士国家科学基金会、欧洲委员会、斯坦福大学ChEM-H(人类健康化学、工程与医学)和国家科学基金资助。

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