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可溶性脑传感器一旦完成工作就会解体

时间:2018-07-11

罗里墨菲说:「一小时前,我刚刚从一名男子的后脑勺上取出一颗子弹。」

作为华盛顿大学医学院的神经外科医生,墨菲“一直在处理脑外伤。“在子弹、钝器和血凝块之间,创伤性脑损伤每年在美国造成大约5万人死亡。这种损伤经常导致大脑膨胀,从而限制血液和氧气的流动,并可能导致永久性损伤。所以像墨菲这样的外科医生需要可靠的方法来监测病人颅骨内的压力。传感器是存在的,但是它们很大,笨重,一旦病人康复就必须移除。

墨菲和一个工程师团队正在开发一个更好的选择:可溶解压力传感器。它比针尖还薄,可以留在病人的大脑里数天精确读数,然后完全消失。你不需要移除它们,因为没有什么可移除的。它们只是被身体吸收。这些可溶解的传感器来自伊利诺伊大学约翰·罗杰斯的实验室。他擅长制造柔性电子产品,包括心脏电袜、兼作医学传感器的临时纹身,以及基于眼睛的曲面相机。对于所有这些产品,罗杰斯都避免使用石墨烯之类的花式材料,而是使用硅之类的经典且经济实惠的材料。他只是简单地玩弄这些材料的厚度和结构,所以他最终得到的不是坚硬易碎的晶片,而是弯曲松软的薄片。

2012年,他用类似的手法制作了一种在水中经过一段时间分解的“瞬态电子产品”。只要有足够的水和几千年的时间,硅片就能做到这一点。但罗杰斯通过足够薄的印刷电路,可以将这一过程加快到几个小时或几天。这对于制造暂时需要的医疗植入物来说是很好的。例如,罗杰斯创造了一种可溶解的加热器,可以烧掉老鼠身上的细菌感染,然后在动物健康后自动消失。

当墨菲读到这些电子产品时,他被迷住了。他说:「我认为它们对我们所做的工作是完美的。」

两人一起将罗杰斯的原始设计改进为临床上有用的压力传感器。它由PLGA制成的薄膜组成,PLGA是一种常用于医疗设备的聚合物,悬浮在硅和镁的框架中。周围流体的压力导致薄膜弯曲,这改变了相邻硅传感器的电阻。illionishuniversity John Rogers随后将整个装置包裹在水密聚合物中,该聚合物在几天内逐渐侵蚀,从而设定了传感器的寿命。(在早期的工作中,罗杰斯的团队使用丝绸;这在这里是不切实际的,因为丝绸吸水膨胀,推动传感器中的薄膜。)

当墨菲将这种装置植入老鼠体内时,他发现它和市场上最好的压力传感器一样精确。它还具有成本效益,因为它使用传统材料,没有贵金属。最重要的是,它似乎是安全的。它在完好无损或溶解后没有引发任何炎症或免疫反应。

也不应该。罗杰斯说:“我们选择的材料包括非常少量的东西,比如镁和硅,这是日常饮食中推荐的部分。”。当它们溶解时,它们的浓度非常低,以至于很难以动物体内已经存在的相同物质为背景进行追踪。

接下来,研究小组将在猪身上测试他们的传感器,并进行进一步的研究,以使监管者相信这些设备是完全安全的。如果一切顺利,墨菲希望在三至五年内开始对人类患者进行临床试验。

与此同时,罗杰斯希望进行改进,特别是在电源和连接方面。目前,传感器连接到放置在身体较不脆弱部位皮肤下的第二植入体。然后,植入物将传感器数据无线传输到外部源,同时也接收无线电力。传感器及其导线将完全消失,但目前二次植入体只能降解85 %。罗杰斯认为他可以达到100 %。罗杰斯说:「我们认为我们可以达到百分之百。」布里格姆妇女医院的杰夫·卡普说:“开发可植入装置以实现对身体的持续监控、帮助临床决策并最终提高患者生活质量的需求还没有得到满足。”。尽管罗杰斯、墨菲和他们的同事们已经迎接了这一挑战,但确定系统可以工作多长时间以及如何根据植入垫的生物反应的变化校准测量是很重要的阿尔及利亚。

的确,罗杰斯希望使传感器更加耐用。目前最多只能持续几天。“我们想过度使用它,这样它会比医生想要的时间更长。我们需要4到5周,但我们还没有到。“

他的团队还调整了他们的传感器,以测量温度、pH、流速以及压力。他们也应该能够调整设备来检测特定分子。并且它们可以植入许多其他身体部位,如心脏或腹腔。

罗杰斯也正在从检测转向交付。例如,他正在研究治疗神经损伤的可溶性电刺激器。他说:「如果你能以正确的方式刺激周围神经,你就能刺激愈合过程。」“等一切都好了,你就不需要回去拔牙了。我们在这方面走得很远。“

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