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【Nature子刊】可在体内安全降解!科学家开发高性能植入式医疗传感器 以检测人体健康状况

首页 » 《转》译 2020-11-11 转化医学网 赞(2)
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导读
在医疗过程中,对病人身体状况进行监测是很重要的一环,而普通传感器价格昂贵,在监测过程中可能会给患者带来不适甚至产生危险。近日,一个国际研究团队设计了一种高灵敏度的柔性传感器,该传感器可以植入体内,并且在不需要时,安全地进行生物降解被人体吸收。

  在这项研究中,他们开发的可植入传感器可以监测人体内各种形式的一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)水平。这类物质在人类健康中发挥重要作用。如,人体中自然产生的一氧化氮可以舒张血管以增强血液流动,从而使氧气和营养物质在体内循环;二氧化氮的暴露与慢性阻塞性肺疾病等疾病的进展有关。

  该研究于11月6日在线发表在《NPG Asia Meterials》,题为“Biodegradable, flexible silicon nanomembrane-based NOx?gas sensor system with record-high performance for transient environmental monitors and medical implants”。

  该团队通过使用可植入、可弯曲、可拉伸且可生物降解的材料制造了这一传感器。虽然目前的装置可在体外监测一氧化氮和二氧化氮水平,但它们笨重,而且还可能不如可植入装置精确。
  然而,如果需要移除可植入设备,这就可能意味着需要对人体进行侵入性的操作来取出。因此,研究人员致力于开发无需侵入性操作就可消除的传感器。

  该研究的作者之一,宾夕法尼亚州立大学工程科学与力学系的Huanyu Cheng说:“如果您进行了心脏外科手术,那么监测心脏表面或内部器官的气体水平可能更为有益。这种气体传感器具有植入性和可生物降解性,这是我们一直在努力的一个研究方向。患者从外科手术中完全恢复后,他们就不再需要该设备,这就是可生物降解设备的好处。”

基于单晶硅纳米膜(SC-Si NMs)的生物可吸收的,灵活的NO x(NO / NO 2)传感系统

  据研究人员称,该设备的所有成分在水中或体液中均可生物降解,但仍具有足够的功能以捕获有关气体含量的信息。在这种情况下,研究人员用镁制成了设备的导体,对于功能性材料,他们使用了对一氧化氮高度敏感的硅。

  研究显示,人体可以安全吸收该设备中使用的所有材料。这一设计的另一个好处是,这些材料的溶解速度足够慢,以使传感器在患者康复期间可以在体内持续发挥作用。
  Cheng说:“硅是独一无二的,它是现代电子产品的基础,人们认为它非常稳定。同时,硅也被证明是可生物降解的。它可以以一种非常缓慢的方式溶解,每天溶解约一到两纳米,具体取决于环境。”
  根据研究人员描述,该传感器在潮湿条件和水溶液中进行了测试,表明它可以在人体的恶劣条件下稳定运行。
  此外,该团队还利用了ICDS的Roar超级计算机来创建计算机模拟,以计算这个设备由于材料的微小形状变化而带来的影响。
  Cheng说:“我们的测量基于电阻,电阻可以根据气体吸收量而变化,但是由于设备变形也会发生变化。因此,如果皮肤表面的传感器变形,将产生很大的影响,而且这会使我们也不能判断气体监测的数据变化是来自设备变形还是来自于环境。”

  研究人员表示,他们未来的工作可能会专注于设计集成系统,以监测身体其他功能,帮助治疗各种疾病。(转化医学网360zhyx.com)


参考资料:
【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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