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可消化微型麥克風(fēng)

血糖監(jiān)測(cè)隱形眼鏡

智能創(chuàng)可貼

智能繃帶

氣敏傳感器膠囊

使用ReMix系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

　　柔性傳感器

　　隨著材料技術(shù)、電子技術(shù)的發(fā)展，柔性基質(zhì)材料以其柔韌、可彎曲、可延展、可穿戴等優(yōu)勢(shì)走上歷史舞臺(tái)。柔性傳感器兼具柔性基質(zhì)材料的優(yōu)點(diǎn)及與人體相適應(yīng)的優(yōu)勢(shì)，不論是可穿戴設(shè)備還是植入設(shè)備都有著非常好的發(fā)展前景。

　　智能創(chuàng)可貼

　　美國(guó)塔夫茨大學(xué)工程學(xué)院Sameer Sonkusale教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種新型智能創(chuàng)可貼，其厚度僅為3毫米，由透明醫(yī)用膠帶、熱活化抗生素凝膠以及柔性電子元件組成。這種創(chuàng)可貼一側(cè)為帶有創(chuàng)面覆蓋組件的智能繃帶，另一側(cè)則是微處理器和可以觸發(fā)藥物輸送的傳感器，其中一個(gè)組件是可以測(cè)量傷口pH值的傳感器——如果數(shù)值明顯高于6.5，則表明傷口已被感染；另有一顆溫度傳感器，可以檢測(cè)與炎癥相關(guān)的發(fā)熱量。

　　智能繃帶

　　瑞士聯(lián)邦材料測(cè)試與開(kāi)發(fā)研究所與瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院、瑞士電子與微技術(shù)中心（CSEM）、瑞士蘇黎世大學(xué)醫(yī)院一起合作開(kāi)發(fā)了一種智能繃帶，能夠?yàn)樽o(hù)理人員提供傷口情況的相關(guān)數(shù)據(jù)。

　　可穿戴汗液傳感器

　　美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的高偉博士團(tuán)隊(duì)研發(fā)了全集成的可穿戴汗液檢測(cè)設(shè)備。這項(xiàng)設(shè)備可以同時(shí)檢測(cè)人體表皮溫度和汗液里的代謝物及電解質(zhì)信息，并且用檢測(cè)到的溫度信息來(lái)校準(zhǔn)其他傳感器的讀數(shù)。此外，這款可穿戴汗液傳感器中柔性電路部分和傳感器部分是可分離的，工作時(shí)可以非常方便地通過(guò)柔性印刷電路連接器連接。

　　可植入傳感器

　　可植入傳感器是近幾年出現(xiàn)的新型傳感器，具有體積小、重量輕、生物相容性強(qiáng)等特征?？芍踩雮鞲衅饕话阕约汗╇姴⒗脽o(wú)線技術(shù)傳輸。與可消化傳感器不同的是，可植入傳感器通常植入皮下或器官中，獲取用戶的電生理或化學(xué)信號(hào)進(jìn)行傳輸，能夠精準(zhǔn)監(jiān)控生理信號(hào)，有助于實(shí)現(xiàn)個(gè)性化醫(yī)療。傳統(tǒng)的可植入傳感器的難點(diǎn)是傳感器本身不可降解，長(zhǎng)期存在體內(nèi)損害體內(nèi)周圍組織或細(xì)胞，易造成二次感染，手術(shù)取出也會(huì)造成二次傷害。近年來(lái)，生物降解的可植入傳感器已研發(fā)面世。

　　“體內(nèi)GPS”——ReMix系統(tǒng)

　　美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）的計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室（CSAIL）研發(fā)了一項(xiàng)新技術(shù)——ReMix系統(tǒng)。該系統(tǒng)被描述為“人體GPS系統(tǒng)”，可以攝取標(biāo)記物在體內(nèi)的精確定位。ReMix系

　　統(tǒng)使用外部信號(hào)源制作無(wú)線電波，并結(jié)合可攝取的傳感器標(biāo)記，以厘米級(jí)精度跟蹤標(biāo)記。另外，ReMix系統(tǒng)的一個(gè)主要潛在用途是質(zhì)子治療，其允許磁控制的質(zhì)子束精確地靶向腫瘤。使用ReMix系統(tǒng)，質(zhì)子束可以實(shí)時(shí)精確地轉(zhuǎn)向，從而保護(hù)健康組織。

　　神經(jīng)塵埃

　　美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的Dongjin Seo團(tuán)隊(duì)制造出長(zhǎng)寬高分別為3毫米、0.8毫米、1毫米的神經(jīng)塵埃傳感器，它能夠把身體之外的超聲波脈沖機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電力。神經(jīng)塵埃的技術(shù)是從無(wú)線供能的角度研發(fā)出的一種神經(jīng)遙感技術(shù)，將可用于控制假肢、外骨骼和機(jī)器人等。

　　腫瘤納米熒光傳感器

　　美國(guó)德克薩斯大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心的Baran Sumer等人發(fā)明了一種類晶體管的閾值傳感器。它能夠在正常組織中保持沉寂，但當(dāng)它遇到實(shí)體腫瘤時(shí)，就會(huì)像燈泡被打開(kāi)一樣，發(fā)出光亮，使外科醫(yī)生在手術(shù)時(shí)更清楚地看見(jiàn)腫瘤。這項(xiàng)研究的原理是放大腫瘤細(xì)胞內(nèi)的pH信號(hào)，使腫瘤組織和正常組織之間的區(qū)分更加準(zhǔn)確。這項(xiàng)新型數(shù)字納米傳感器引導(dǎo)的手術(shù)技術(shù)對(duì)患者來(lái)說(shuō)益處良多，包括能夠更準(zhǔn)確地移除腫瘤，能夠更大程度上保留功能性正常組織等，這些益處既能提高患者的生存率，又能提高患者的生活質(zhì)量。

　　可拉伸植入式應(yīng)變和壓力傳感器

　　美國(guó)斯坦福大學(xué)鮑哲楠團(tuán)隊(duì)一直致力于人工皮膚、可拉伸晶體管等相關(guān)方向的研究。去年，鮑哲楠和Paige Fox團(tuán)隊(duì)合作，研發(fā)了一種基于純聚合物制造的高度可拉伸、全部可降解的植入式應(yīng)變和壓力傳感器，專門用于肌腱損傷修復(fù)期的力學(xué)行為監(jiān)測(cè)。這項(xiàng)研究為植入式電子器件在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)肌腱修復(fù)等醫(yī)療領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用提供了全新的思路。

　　可消化傳感器

　　可消化傳感器是近年來(lái)流行的新型傳感器，通常利用可降解電子器件制成。一般的可消化傳

　　感器只能附著在藥丸內(nèi)部，由藥丸本身或消化道液體相互作用供電，傳感器工作時(shí)將檢測(cè)的相關(guān)數(shù)據(jù)通過(guò)通信模塊傳輸給智能手機(jī)或其他終端。相比傳統(tǒng)胃鏡、腸鏡檢查，可消化傳感器成本低、使用方便，也可以減輕患者的痛苦。

　　氣敏傳感器膠囊

　　澳大利亞皇家墨爾本理工大學(xué)的Kyle Berean團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一款氣敏傳感器膠囊，吞咽后可以實(shí)時(shí)檢測(cè)腸道內(nèi)氫氣、二氧化碳和氧氣的水平，并將信息發(fā)送到智能設(shè)備中。研究結(jié)果顯示，傳感器膠囊在測(cè)量腸道內(nèi)的氫氣濃度時(shí)具有高靈敏度和信噪比，有助于監(jiān)測(cè)消化道中微生物的活動(dòng)，實(shí)時(shí)判斷消化道的健康。同時(shí)，也將減少例如腸鏡檢查之類的侵入性操作的使用，減輕患者的痛苦。

　　可消化微型麥克風(fēng)

　　美國(guó)麻省理工學(xué)院Giovanni Traverso團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一項(xiàng)通過(guò)在胃腸道放置微型傳感器來(lái)檢測(cè)心率和呼吸頻率的新技術(shù)。這個(gè)微型傳感器本質(zhì)上是一個(gè)被放置在患者服用的硅酮膠囊里的微型麥克風(fēng)，可以通過(guò)監(jiān)聽(tīng)心臟和肺部來(lái)進(jìn)行心率和呼吸頻率的計(jì)算。

　　可卷曲消化傳感器

　　美國(guó)麻省理工學(xué)院的Giovanni Traverso與哈佛大學(xué)布萊根婦女醫(yī)院的Canan Dagdeviren共同研發(fā)了一種靈活的可消化傳感器。該傳感器可以卷曲成藥丸形狀，服用后會(huì)附著在腸壁或胃壁上來(lái)檢測(cè)消化道節(jié)律性收縮，以幫助醫(yī)生診斷胃腸疾病。同時(shí)也可以檢測(cè)胃里的食物，幫助醫(yī)生監(jiān)測(cè)肥胖癥患者的食物攝入量。該柔性裝置基于壓電材料，當(dāng)其發(fā)生物理變形時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電流和電壓供其運(yùn)作，而不需要板載電池，從而降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。該傳感器還使用與人類皮膚彈性相似的聚合物，因此能與皮膚相適應(yīng)，并隨著腸道進(jìn)行伸展和移動(dòng)。

　　新型生物傳感器

　　DermalAbyss紋身墨水

　　由美國(guó)麻省理工學(xué)院與哈佛醫(yī)學(xué)院合作完成的項(xiàng)目“DermalAbyss”，旨在使用生物傳感器替代傳統(tǒng)紋身墨水。這些傳感器能通過(guò)改變顏色來(lái)反映出人體內(nèi)的pH值、鈉和血糖水平的變化，以此讓使用者了解到身體可能存在的問(wèn)題。在DermalAbyss的幫助下，只需肉眼觀察一下紋身的變化即可發(fā)現(xiàn)這三項(xiàng)生理指標(biāo)的變化：當(dāng)血糖升高時(shí)，紋身會(huì)從藍(lán)色變成棕色；當(dāng)鈉含量增加時(shí)，紋身會(huì)變得更綠（在紫外線照射下）；從紫色變成粉色則是堿性水平的變化。

　　血糖監(jiān)測(cè)隱形眼鏡

　　日本名古屋大學(xué)新津葵一（Kiichi Niitsu）團(tuán)隊(duì)研發(fā)出了全球最小的發(fā)電檢測(cè)一體型血糖傳感器，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)須外部無(wú)線供電、隱形眼鏡式的持續(xù)血糖監(jiān)測(cè)。葡萄糖發(fā)電元件的輸出電壓會(huì)隨著與血糖濃度相關(guān)的淚糖濃度變化，通過(guò)半導(dǎo)體電路將輸出電壓轉(zhuǎn)換成無(wú)線傳輸頻率，實(shí)現(xiàn)同時(shí)發(fā)電和傳感。由此無(wú)須再使用供電用眼鏡型終端，只需佩戴隱形眼鏡就能持續(xù)監(jiān)測(cè)血糖值。

　　納米呼吸傳感器

　　澳大利亞麥考瑞大學(xué)的Noushin Nasiri研發(fā)出一種利用納米材料制造的呼吸傳感器，通過(guò)分析呼出氣體中的標(biāo)志物，可以檢測(cè)多種疾病。

　　使用石墨烯檢測(cè)癌細(xì)胞

　　美國(guó)伊利諾伊大學(xué)芝加哥分?；瘜W(xué)工程系Vikas Berry與芝加哥大學(xué)醫(yī)學(xué)院的臨床外科助理教授Ankit Mehta開(kāi)展合作，對(duì)石墨烯進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)通過(guò)腦細(xì)胞與石墨烯的相互作用，可以辨別出高度活躍的癌細(xì)胞，從而實(shí)現(xiàn)癌細(xì)胞與正常細(xì)胞的區(qū)分。研究發(fā)現(xiàn)，正常細(xì)胞和癌細(xì)胞分別與石墨烯發(fā)生相互作用，通過(guò)拉曼成像技術(shù)，可以分辨兩種細(xì)胞的不同活性。高度活躍的癌細(xì)胞能夠讓石墨烯表面的負(fù)電荷增大更多，釋放出更多的質(zhì)子。研究還發(fā)現(xiàn)，石墨烯不僅可以用于區(qū)分正常星形膠質(zhì)細(xì)胞與多形性成膠質(zhì)細(xì)胞瘤，還可以區(qū)分革蘭氏陽(yáng)性菌與革蘭氏陰性菌，或者用于檢測(cè)鐮狀細(xì)胞。

　　未來(lái)及展望

　　市場(chǎng)研究公司Grand View Research的數(shù)據(jù)顯示，2015年全球醫(yī)用傳感器市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到98億美元，預(yù)計(jì)到2024年，市場(chǎng)規(guī)?？稍鲋?85億美元。

　　醫(yī)用傳感器經(jīng)常被用于造價(jià)高昂的醫(yī)療器械，因此醫(yī)用電子傳感器是具有高價(jià)值的一類傳感器。智能醫(yī)療器械行業(yè)已被公認(rèn)為是最有前景的醫(yī)療發(fā)展領(lǐng)域，整體行業(yè)處于快速發(fā)展階段。在智能醫(yī)療器械行業(yè)的帶動(dòng)下，智能傳感器的市場(chǎng)需求將會(huì)不斷擴(kuò)大?，F(xiàn)在，我國(guó)在此領(lǐng)域還處于起步階段，大部分依賴進(jìn)口，但是隨著技術(shù)不斷成熟，國(guó)產(chǎn)醫(yī)用傳感器市場(chǎng)將迎來(lái)爆發(fā)式增長(zhǎng)。未來(lái)，在納米技術(shù)的加持下，醫(yī)用傳感器將繼續(xù)向著小型化、微型化、低功耗、低成本、高靈敏度、多功能、安全無(wú)毒、可降解的方向不斷發(fā)展。（作者：思宇醫(yī)械觀察 李灃驥）

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