開發(fā)可生物降解傳感器監(jiān)測疾病發(fā)展

美國康乃狄克大學(xué)(University of Connecticut)研究團隊開發(fā)一種可生物降解的壓電壓力傳感器，可監(jiān)測慢性肺病、腦腫脹和其它疾病狀況，然后安全地溶解在患者體內(nèi)，研究成果已刊登在美國「國家科學(xué)研究院學(xué)報」(Proceedings of National Academy of Sciences)。

據(jù)報導(dǎo)，美國食品藥物管理局(FDA)已批準由醫(yī)用安全材料制成的傳感器用于手術(shù)縫合線、骨移植物和醫(yī)用植入物，取代現(xiàn)有具有潛在有毒成分的植入式壓力傳感器，由于使用后必須移除傳感器，患者因此需接受額外的侵入性手術(shù)，延長恢復(fù)時間，增加感染風(fēng)險。

研究人員表示，對傳感器施加壓力時會發(fā)射很小的電荷，因此也可為組織再生提供電刺激，其它潛在的應(yīng)用包括監(jiān)測患有青光眼，心臟病和膀胱癌的患者。

由實驗室制造的原型傳感器由5毫米長、5毫米寬、200微米厚的薄聚合物膜組成，研究人員將傳感器植入老鼠腹部監(jiān)測呼吸速率，在傳感器分解成有機成分之前，傳感器在老鼠的隔膜上連續(xù)4天發(fā)出收縮數(shù)據(jù)。

為了確保傳感器的安全性，研究人員將其植入老鼠背部，然后觀察老鼠免疫系統(tǒng)反應(yīng)，結(jié)果顯示傳感器插入后僅有輕度炎癥，4周后周圍組織恢復(fù)正常。該項目面臨的最大挑戰(zhàn)之一，是使可生物降解材料在受到壓力或擠壓時產(chǎn)生電荷，這一過程稱為壓電效應(yīng)。

一般用于傳感器的醫(yī)療安全聚合物PLLA在壓力下不會發(fā)射電荷，研究人員小心加熱PLLA使之成為一個壓電材料，并以適當(dāng)角度切割，改變內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)，成為壓電性質(zhì)，接著將傳感器連接到電子電路，以便材料的力感測能力可以被測試。

傳感器由2層壓電PLLA薄膜夾在微小的鉬電極之間，然后用聚乳酸或PLA層包裹起來。鉬用于心血管支架和髖關(guān)節(jié)植入物。即使對傳感器施加最小壓力，壓電PLLA薄膜也會發(fā)射很小的電荷，這些信號可以被捕獲，并傳輸?shù)搅硪粋€設(shè)備上供醫(yī)生查看。

作為新型傳感器概念驗證的一部分，研究團隊將一個植入式傳感器連接到位于老鼠身體外的信號放大器，放大器將增強的電信號傳輸?shù)?a href="http://ttokpm.com/v/tag/577/" target="_blank">示波器，讓研究人員查看傳感器的讀數(shù)。

研究人員指出，測試過程中傳感器的讀數(shù)與現(xiàn)有商用設(shè)備的讀數(shù)相同，并且可靠。新型傳感器能夠捕捉各種生理壓力，例如在大腦、眼睛后面和腹部發(fā)現(xiàn)的壓力。傳感器的靈敏度可以透過改變PLLA的層數(shù)和其它因素來調(diào)節(jié)。

研究團隊正在研究如何延長傳感器的功能壽命，最終目標(biāo)是開發(fā)一種在人體內(nèi)完全可生物降解的傳感器系統(tǒng)。目前新型傳感器可以幫助患者避免侵入性切除手術(shù)。研究小組已經(jīng)替新傳感器申請專利，正在審理當(dāng)中。