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微型传感器应用于人体深层组织氧气水平的追踪

时间:2021-05-27 点击次数:

据外国媒体报道,电子技术、传感器技术和无线通信的发展正在融合,为从内部监控人体提供了一些令人振奋的可能性,这些设备可以追踪骨骼植入物的状态,还可以检测工作结束后溶解的气体。


微型传感器应用于人体深层组织氧气水平的追踪(图1)

有些工程师已经展示了这项技术的新形式,可以用来探测深层组织的氧含量,并希望它能够成为追踪移植器官健康状况的工具,并将其应用到其他领域。研制这种微小的无线植入体是为了填补现有测量人体组织氧含量的方法的不足之处,其中包括利用电磁波收集信息,但仅能穿透皮下数厘米。MRI是检测深层组织氧含量的另一种方法,但它需要一定的时间,并且不能提供实时结果。这个小组的新植入物比瓢虫还小,它实际上是基于一个早期被称为“神经尘埃”的发明,一个只有一粒沙大小的微小无线植入物,能够实时追踪神经信号和肌肉活动。该方法通过探测神经电活动的电压峰值,并用超声波将其传送到外部装置。最新的StimDust版本可以有效地刺激神经,作为治疗慢性疼痛和癫痫的潜在方法。该植入体长4.5毫米,宽3毫米,由一个氧气感应膜、一个微型LED和一个光学过滤器组成,它们共同用于测量周围组织的氧气含量。该传感器由集成电路控制,输出的电子信号随氧含量的变化而变化。压电型晶体能将这些电子信号转化为超声波,然后通过活体组织传递到外部设备,很难测量人体深处的物体。这个装置显示了如何使用超声波技术,结合智能集成电路设计,你可以创造复杂的植入,深入组织,从器官获得数据。研究者们在活羊身上演示了这种装置,并认为这种装置在儿科护理方面很有潜力,早产儿可以植入这种装置,确保给它们适当补充氧。其它可能包括监控移植器官的健康,甚至改善癌症治疗。

这类装置的一种潜在应用是监控器官移植,因为在器官移植后的几个月内就可能出现血管并发症,从而导致移植失败。还可用于测量肿瘤的缺氧程度,这有助于指导医生进行肿瘤放疗。研究人员希望能进一步改进这种装置,即能在体内长期保存,又能缩小体积,这样植入就会更加简单。其它可能性还包括设计用于跟踪身体中其他生化物质的传感器。只需改变我们为氧气传感器搭建的平台,你就可以改进设备来测量,比如pH值、ROS、葡萄糖或者二氧化碳。而且,如果我们能改进包装,使之更小,你就可以想象能用针注射在身体内,或进行腹腔镜手术,使植入更容易。

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