小小柔性傳感器 幫你即時監控健康“頭號殺手”

生物前沿

本報記者 張 曄 通訊員 南 黎

用一塊特殊的力-電轉換生物材料，製成一個厚度200微米的柔性傳感器（正常血管厚度的十分之一），包裹在血管或者心臟周圍，就能在手機等外圍設備上清晰記錄心血管系統在血栓形成初期、中期和末期的全身血液壓力的細微變化，同時更精確、即時地反映病變位置在發病初期由於組織和細胞異化所造成的心血管壁外壓力的微小差異。

科技日報記者近日從南京理工大學獲悉，該校馮章啓教授課題組創造了一種通過監測心血管壁外微應力變化構建的心血管疾病超前預測和術後即時追蹤的新方法。目前，該課題組取得階段性技術突破，並已完成動物臨牀醫學評價。相關研究近期發表在國際納米技術和納米器件領域頂級期刊《美國化學學會-納米材料與器件》上。

新型納米材料實現高效生物力-電轉換

心血管疾病是威脅人類健康的“頭號殺手”，血管是否通暢關係到整個心血管系統能否正常運作。血栓是血流在血管內面剝落處或修補處的表面所形成的小塊。在可變的流體依賴型中，血栓由不溶性纖維蛋白、沉積的血小板、積聚的白細胞和陷入的紅細胞組成。

專家稱，心血管疾病的“超前預測”和“術後即時追蹤”是臨牀有效診斷此類疾病的關鍵所在，特別是針對需要血管腫瘤切除、心臟內支架、瓣膜、血管置換和血管內支架等重症心血管疾病患者。然而，現行的各類分子篩查和影像學技術由於缺乏精準的特異性識別功能，使心血管疾病的超前預測和即時追蹤成為臨牀診療的世界性技術難題。

馮章啓課題組長期致力於生物電子材料與納米器件的開發，試圖通過監測心血管壁外微應力的變化構建心血管疾病超前預測和即時追蹤的新方法。

據論文第一作者李通博士介紹，此次他們首創了一種具有高效生物力-電轉換性能的柔性納米纖維材料，它的厚度僅有200微米，並能夠精確感受壓強變化，再以電壓形式表現出來。

該材料含有豐富的力-電轉換偶極子，在僅1000帕斯卡的微壓強作用下即可產生每立方厘米1154伏的電壓，並具備優異的穩定性、敏感性以及生物相容性。

植入體內後可通過手機即時監測心血管

基於此，該課題組設計製造了一種柔性的植入式壓力傳感器。他們將該傳感器植入到實驗動物（成年豬）體內的外周血管和心臟部位，其不僅清晰記錄了心血管系統在血栓形成初期、中期和末期的全身血液壓力的細微變化，同時輸出的壓力信號更精確，即時地反映了病變位置在發病初期由於組織和細胞異化所造成的心血管壁外壓力的微小差異。

“正常人的血壓是有頻率性的跳動，但是當血管出現了一些組織或者細胞異化的時候，那麼探測儀上就會產生一個波動的信號，無論它是變大或變小，都是紊亂的，我們一旦探測到這個紊亂的信號，與內部存儲的信號不匹配的話，就會發出一些警告，表明血管可能出現問題。”馮章啓介紹説。

未來，該柔性傳感器可伴隨心血管手術一同植入體內，通過無線信號發射器的引入，醫護人員即可在手機等客户端對患者的心血管系統的病變情況進行即時追蹤和診斷。

馮章啓解釋説：“我們把它轉換成可以遙感輸出的一個電信號，可以在未來的技術中，把它改造成用手機接收的信號，手機接收到信號後，可以把這個信號分享給醫院，這樣就可以做到即時遠程監控。”

同時，這一超靈敏柔性植入式壓力傳感器的成功研製也為體內微應力的精準檢測提供了可參考的新方法，對臨牀即時、精準測量腦顱壓、腎臟壓、眼壓等具有極大的技術推動作用。