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小小柔性传感器 帮你实时监控健康“头号杀手”

时间:2019-12-03 16:03:50  浏览数:4831

生物前沿

一种特殊的力电转换生物材料被用于制造厚度为200微米(正常血管厚度的十分之一)的柔性传感器,并将其包裹在血管或心脏周围,以便清楚地记录在诸如移动电话的外围设备上血栓形成的初始、中间和最后阶段心血管系统的系统血压的细微变化, 同时更准确和实时地反映疾病初期由组织和细胞异化引起的心血管壁压的微小差异。

《科技日报》记者近日从南京科技大学获悉,冯张琪教授的研究小组通过监测心血管壁外微应力的变化,为心血管疾病的高级预测和术后实时随访创造了一种新方法。目前,该研究小组已取得阶段性技术突破,并已完成动物临床医学评估。相关研究最近发表在美国化学学会纳米技术和纳米器件国际顶级杂志《纳米材料和器件》上。

新型纳米材料实现高效生物电转化

心血管疾病是威胁人类健康的“头号杀手”。血管是否通畅关系到整个心血管系统的正常运行。血栓形成是在剥离或修复时血管内表面的血流形成的一小块。在可变的流体依赖性类型中,血栓由不溶性纤维蛋白、沉积的血小板、积累的白细胞和截留的红细胞组成。

专家表示,心血管疾病的“提前预测”和“术后实时随访”是临床有效诊断此类疾病的关键,特别是对于需要血管肿瘤切除、心脏支架、瓣膜、血管置换和血管内支架的严重心血管疾病患者。然而,由于缺乏精确和特异的识别功能,目前的分子筛查和成像技术使得心血管疾病的高级预测和实时跟踪成为临床诊断和治疗中的世界性技术难题。

冯·张琪的研究小组长期致力于开发生物电子材料和纳米器件,试图通过监测心血管壁外微应力的变化来构建心血管疾病的先进预测和实时跟踪的新方法。

根据论文第一作者李彤博士的介绍,他们创造了一种具有高效生物力电转换性能的柔性纳米纤维材料。它的厚度只有200微米,它能准确地感应压力变化,然后以电压的形式表达出来。

该材料含有丰富的力电转换偶极子,在仅1000帕斯卡的微压作用下,每立方厘米可产生1154伏电压,具有优异的稳定性、灵敏度和生物相容性。

植入后可通过手机实时监控心血管

基于此,该研究小组设计并制造了一种柔性可植入压力传感器。他们将传感器植入实验动物(成年猪)的外周血管和心脏部位,不仅清楚地记录了血栓形成初期、中期和末期心血管系统中系统血压的细微变化,还输出了更准确的压力信号,实时反映了疾病初期由组织和细胞异化引起的心血管壁压的细微差异。

“正常人的血压经常跳动,但是当血管中的某些组织或细胞被异化时,探测器就会产生波动信号。不管它是大是小,都是无序的。一旦我们检测到这种紊乱信号,并且它与存储在内部的信号不匹配,我们将发出一些警告,表明血管可能有问题。”冯张琪说。

将来,柔性传感器可以与心血管手术一起植入体内。通过无线信号发射器的引入,医务人员可以在手机等客户端实时跟踪和诊断患者心血管系统的病变。

冯·张琪解释说:“我们可以把它转换成一个可以通过遥感输出的电信号。在未来的技术中,我们可以把它转换成手机接收的信号。手机收到信号后,可以与医院共享信号,实现实时远程监控。”

同时,这种超灵敏柔性植入式压力传感器的成功研制也为体内微小应力的准确检测提供了一种新的参考方法,对临床实时、准确测量颅压、肾压、眼内压等有很大的技术推动作用。(记者张晔记者李南)

(编辑:李钱强和高红霞)

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