使用電子設(shè)備可以解決一些常見的醫(yī)學(xué)問(wèn)題

（文章來(lái)源：攜手健康網(wǎng)）

電氣工程師，有機(jī)化學(xué)家，材料科學(xué)家和細(xì)胞生物學(xué)家都有什么共同點(diǎn)?他們發(fā)明并改善了生物學(xué)和電子學(xué)界的應(yīng)用。來(lái)自多個(gè)學(xué)科的研究人員正在KAUST合作開發(fā)可檢測(cè)疾病，治療癌癥和追蹤海洋動(dòng)物的生物電子學(xué)。他們甚至可能發(fā)現(xiàn)下一代計(jì)算系統(tǒng)。JürgenKosel是一位電氣工程師，喜歡玩磁鐵。他的研究小組開發(fā)了一種技術(shù)，可以制造可殺死癌細(xì)胞的獨(dú)特磁性氧化鐵納米線。

某些類型的鐵基磁性納米顆粒是美國(guó)食品和藥物管理局于多年前批準(zhǔn)的，可在人體內(nèi)部使用。它們經(jīng)常在磁共振成像中用作造影劑，并作為鐵缺乏癥患者的營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充劑?！笨粕獱栒f(shuō)。

當(dāng)前使用的磁性納米顆粒是球形的。Kosel和他的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了可以像指南針一樣旋轉(zhuǎn)的線狀磁性納米粒子，在癌細(xì)胞膜上形成了一個(gè)小孔，從而導(dǎo)致自然細(xì)胞死亡。當(dāng)涂有抗癌藥或用激光加熱時(shí)，可以使這些殺死癌癥的納米線更加有效。它們被癌細(xì)胞“吞噬”，一旦釋放到體內(nèi)，就會(huì)造成嚴(yán)重破壞。

Kosel與細(xì)胞生物學(xué)家 Jasmeen Merzaban以及最近與有機(jī)化學(xué)家Niveen Khashab 緊密合作，以“功能化”他的磁性納米線表面，以確保人體的免疫系統(tǒng)不會(huì)將其視為異物。他們還致力于防止導(dǎo)線粘在一起，并更具體地針對(duì)癌細(xì)胞，方法是在它們的細(xì)胞膜上涂上識(shí)別特定抗原的抗體。高密度基于憶阻器的交叉開關(guān)被廣泛認(rèn)為是未來(lái)內(nèi)存和受生物啟發(fā)的計(jì)算系統(tǒng)的基本要素。

Kosel還與電氣工程師Muhammad Hussain一起使用磁鐵來(lái)提高心臟導(dǎo)管的安全性。他們開發(fā)了一種靈活的磁傳感器，其靈敏度足以檢測(cè)地球的磁場(chǎng)。例如，將這些傳感器放置在心臟導(dǎo)管的尖端時(shí)，臨床醫(yī)生可以檢測(cè)到其在血管內(nèi)的方向。這使他們能夠?qū)⑵涠ㄏ虻叫枰迦胫Ъ艿奈恢茫?，以減輕心臟動(dòng)脈的阻塞。這減少了在冠狀動(dòng)脈血管成形術(shù)等手術(shù)過(guò)程中對(duì)X射線和對(duì)比染料的延長(zhǎng)劑量的需要。

KAUST電氣工程師Khaled Salama說(shuō)：“在過(guò)去的50年中，5,000億美元的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)主要集中在兩種應(yīng)用：計(jì)算和通信?！?“但是，隨著人們的壽命更長(zhǎng)，需要更多的護(hù)理，這項(xiàng)技術(shù)在包括醫(yī)學(xué)研究在內(nèi)的其他領(lǐng)域也具有很大的前景。我們需要進(jìn)行模式轉(zhuǎn)變，以利用我們?yōu)樵擃I(lǐng)域開發(fā)的某些技術(shù)。”

Salama開發(fā)了一種傳感器，可以檢測(cè)“ C反應(yīng)蛋白”，這是心血管疾病的生物標(biāo)記。他通過(guò)使用納米材料和金納米顆粒對(duì)電極進(jìn)行功能化來(lái)提高其靈敏度來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目的。電極發(fā)出的信號(hào)與血樣中C反應(yīng)蛋白的量成比例。他的小組開發(fā)了一種獨(dú)特的過(guò)程，即3-D打印微流體通道，該通道將樣品輸送到傳感器以進(jìn)行生物檢測(cè)。在KAUST的其他地方，Sahika Inal正在開發(fā)一種設(shè)備，可以使糖尿病患者的生活更輕松。

Inal來(lái)自紡織制造業(yè)，但是她對(duì)具有生物相容性的聚合物電學(xué)性質(zhì)的研究使她走上了生物電子學(xué)的道路。她的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了可打印的，一次性的，基于聚合物的傳感器，可以測(cè)量唾液中的葡萄糖水平。她解釋說(shuō)：“我們噴墨印刷導(dǎo)電聚合物。生物墨水包含用于葡萄糖感測(cè)的酶，保護(hù)酶的封裝層，僅允許葡萄糖滲透的層和保護(hù)電子器件的絕緣層。” “然后幾分鐘之內(nèi)便有了一個(gè)基于紙張的傳感器!”

功能化的納米線顯示為附著(左)并進(jìn)入目標(biāo)細(xì)胞(中心)，而非目標(biāo)細(xì)胞則被忽略(右)。信用：2019年KAUSTInal還開發(fā)了其他生化傳感器，可以從體內(nèi)已經(jīng)存在的化合物產(chǎn)生自身能量，為心臟起搏器等可植入設(shè)備提供動(dòng)力。Inal說(shuō)：“要開展有影響力的生物電子學(xué)工作，我需要處于一個(gè)生物學(xué)家的環(huán)境中，這些生物學(xué)家可以向我提供有關(guān)我的研究成果的反饋。”

生物電子學(xué)不僅包含旨在解決生物學(xué)問(wèn)題的電子設(shè)備，而且還是受生物學(xué)啟發(fā)的電子解決方案。Khaled Salama對(duì)一種稱為“憶阻器”的新型生物啟發(fā)設(shè)備感興趣。這些是受到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和大腦突觸啟發(fā)的電氣組件。研究人員希望他們將引領(lǐng)下一代計(jì)算系統(tǒng)的發(fā)展，并希望他們能夠更好地適應(yīng)快速處理大量數(shù)據(jù)的需求。Salama開發(fā)了一種方法，可以提高這些設(shè)備的計(jì)算效率，同時(shí)減少這些通常耗能的設(shè)備的功耗。

Kosel說(shuō)，在惡劣的海洋環(huán)境中傳感數(shù)據(jù)可能特別具有挑戰(zhàn)性。研究人員經(jīng)常求助于放置在大型海洋動(dòng)物身上的電子標(biāo)簽來(lái)追蹤其運(yùn)動(dòng)。他們還使用電子傳感器在海中進(jìn)行流量，鹽度，壓力和溫度測(cè)量。需要更小，更輕，更省電的標(biāo)簽來(lái)抵御腐蝕，并承受生物結(jié)垢。細(xì)菌結(jié)垢幾乎在任何停留在海中太久的東西上都形成。

Kosel的解決方案是開發(fā)采用單步激光打印技術(shù)制造的石墨烯傳感器，以用于海洋應(yīng)用。這些激光誘導(dǎo)的石墨烯傳感器具有抗腐蝕能力，可以在高溫下生存。它們非常輕巧且具有柔韌性，使其適合附著在較小的海洋動(dòng)物上。他們還開發(fā)了一種技術(shù)，該技術(shù)涉及進(jìn)行高頻測(cè)量，以使其能夠承受累積的生物污染層的影響。

該小組已開始召開會(huì)議，該會(huì)議每年在KAUST舉行。去年，在眾多受人尊敬的與會(huì)者中，劍橋大學(xué)菲利普親王理工學(xué)院教授喬治·馬利亞拉斯(George Malliaras)。Malliaras贊揚(yáng)該大學(xué)的世界一流的儀器設(shè)備，在校園內(nèi)獲得出色的合作機(jī)會(huì)以及與國(guó)外人士合作的機(jī)制。他說(shuō)：“綜合考慮這些屬性，KAUST在解決當(dāng)今人類面臨的一些最重要問(wèn)題方面非常成功?！?br /> ? ? ? （責(zé)任編輯：fqj）