研究人員創(chuàng)造了一種無線 無電池 可生物降解的血流傳感器

斯坦福大學(xué)研究人員開發(fā)的一種新設(shè)備可以使醫(yī)生更容易監(jiān)測血管手術(shù)的成功。這種傳感器在1月8日發(fā)表在Nature Biomedical Engineering上的一篇論文中有詳細(xì)介紹，它通過動脈監(jiān)測血液流動。它是可生物降解的，無電池和無線的，因此它結(jié)構(gòu)緊湊，不需要拆除，如果有堵塞，它可以警告患者的醫(yī)生。

“血流測量在許多醫(yī)學(xué)專業(yè)中至關(guān)重要，因此無線可生物降解傳感器可能會影響多個領(lǐng)域，包括血管，移植，重建和心臟手術(shù)，”該手術(shù)助理教授兼聯(lián)合資深作者Paige Fox說。“當(dāng)我們試圖照顧整個灣區(qū)，中央山谷，加利福尼亞及其他地區(qū)的患者時，這項技術(shù)將使我們能夠在不需要面對面訪問或測試的情況下延長我們的護(hù)理。”

監(jiān)測血管手術(shù)成功是一項挑戰(zhàn)，因為麻煩的第一個跡象往往來得太晚。到那時，患者經(jīng)常需要額外的手術(shù)，其風(fēng)險與原始手術(shù)類似。這種新的傳感器可以讓醫(yī)生密切關(guān)注遠(yuǎn)方的治療血管，為早期干預(yù)創(chuàng)造機(jī)會。

流動還是沒有

傳感器緊緊包裹在愈合血管周圍，血液脈動過去推動其內(nèi)表面。隨著表面形狀的變化，它會改變傳感器存儲電荷的能力，醫(yī)生可以從位于皮膚附近但身體外部的設(shè)備遠(yuǎn)程檢測。該設(shè)備通過ping傳感器的天線來獲取讀數(shù)，類似于ID卡掃描儀。將來，該設(shè)備可以采用粘貼式貼片的形式，也可以集成到其他技術(shù)中，如可穿戴設(shè)備或智能手機(jī)。

研究人員首先在人工環(huán)境中對傳感器進(jìn)行了測試，在這種環(huán)境中，他們將空氣泵入動脈大小的管中，模仿脈動的血流。外科醫(yī)生Yizitoshi Kaizawa是斯坦福大學(xué)的前博士后學(xué)者，也是該論文的共同作者，他還將傳感器植入大鼠的動脈周圍。即使在如此小的規(guī)模下，傳感器也成功地向無線讀取器報告了血流量。此時，他們只對檢測完全堵塞感興趣，但他們確實看到了這種傳感器的未來版本可以識別血流更精細(xì)波動的跡象。

該傳感器是化學(xué)工程師Zhenan Bao開發(fā)的無線技術(shù)，為假肢提供了一種微妙的觸感。

“這個有歷史，”該工程學(xué)院的KK Lee教授和該論文的共同高級作者鮑說。“我們一直對如何在醫(yī)療應(yīng)用中使用這些傳感器感興趣，但需要一段時間才能找到合適的傳感器。”

研究人員不得不修改他們現(xiàn)有傳感器的材料，使其對脈動血液敏感，但又要足夠堅硬以保持其形狀。他們還必須將天線移動到一個安全的位置，不受脈動的影響，并重新設(shè)計電容器，使其可以放置在動脈周圍。

“這是一個非常嚴(yán)格的項目，需要進(jìn)行多輪實驗和重新設(shè)計，”該論文的共同主要作者，寶實驗室的博士后學(xué)者Levent Beker說。“我一直對醫(yī)療和植入物應(yīng)用感興趣，這可能為許多外科手術(shù)開辟了很多監(jiān)測或遠(yuǎn)程醫(yī)療的機(jī)會。”

建立聯(lián)系

寶實驗室的前博士后研究員Clementine Boutry向?？怂箤嶒炇业牟┦亢笱芯繂TAnaïsLegrand伸出手，并將這些團(tuán)體與詹姆斯·張的實驗室聯(lián)系起來，將動脈傳感器的想法開始形成。約翰遜和約翰遜外科教授。

一旦他們將目光投向可生物降解的血流監(jiān)測器，該合作就獲得了斯坦福大學(xué)ChEM-H 的接口種子獎學(xué)金2017年博士后，該博士支持博士后研究合作，探索潛在的變革性新思想。

“我們都重視我們的博士后研究人員，但沒有預(yù)料到這次會議對于長期富有成效的合作伙伴關(guān)系的真正價值，”福克斯說。

研究人員現(xiàn)在正在尋找將傳感器固定到血管并提高靈敏度的最佳方法。隨著這個跨學(xué)科領(lǐng)域的興趣增長，他們也期待著其他想法的到來。

“使用傳感器讓病人盡早發(fā)現(xiàn)問題正在成為精準(zhǔn)健康的趨勢，”鮑說。“這需要工程師，醫(yī)學(xué)院和數(shù)據(jù)人員真正合作，他們能解決的問題非常令人興奮。”