Uconn工程師創(chuàng)造了一個(gè)可生物降解的壓力傳感器，可以幫助醫(yī)生監(jiān)視慢性肺病、腦腫脹和其他醫(yī)學(xué)狀況，然后在患者體內(nèi)無(wú)害地溶解。

小型柔性傳感器由美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)用于外科縫合線、骨移植物和醫(yī)療植入物的醫(yī)療安全材料制成。其設(shè)計(jì)用于更換具有潛在有毒部件的現(xiàn)有植入式壓力傳感器。

必須在使用后取出這些傳感器，對(duì)患者進(jìn)行額外的侵入性手術(shù)，延長(zhǎng)其恢復(fù)時(shí)間，并增加感染的風(fēng)險(xiǎn)。

研究人員說(shuō)，由于UConn傳感器在施加壓力時(shí)會(huì)釋放出少量的電荷，因此也可以用來(lái)為組織再生提供電刺激。其他潛在的應(yīng)用包括監(jiān)測(cè)青光眼、心臟病和膀胱癌患者。

“我們非常興奮，因?yàn)檫@是第一次以這種方式使用這些生物相容性材料，”這篇論文的資深作者、康涅狄格大學(xué)再生工程研究所(Institute Of Regeneration Engineering At UConn Health)和斯托爾斯大學(xué)材料科學(xué)研究所(Institute Of Matters Science)的機(jī)械和生物醫(yī)學(xué)工程助理教授坦赫·杜克·阮(Thanh Duc Nguyen)說(shuō)。

"醫(yī)療傳感器通常被直接植入軟組織和器官,"Nguyen注釋."取出它們會(huì)造成額外的損壞。我們知道，如果我們能開發(fā)一個(gè)不需要手術(shù)來(lái)取出的傳感器，那將是非常重要的。"

由實(shí)驗(yàn)室制造的原型傳感器由5毫米長(zhǎng)、5毫米寬和200微米厚的薄聚合物薄膜組成。將傳感器植入小鼠腹部，以監(jiān)測(cè)小鼠的呼吸率。它將小鼠膈肌收縮的可靠讀數(shù)持續(xù)四天，然后再分解為其單獨(dú)的有機(jī)組分。

為了確保傳感器也是醫(yī)學(xué)上安全的，研究人員將其植入小鼠背部，然后觀察來(lái)自小鼠免疫系統(tǒng)的反應(yīng)。結(jié)果僅在插入傳感器后出現(xiàn)輕微炎癥，四周后周圍組織恢復(fù)正常。

該項(xiàng)目最大的挑戰(zhàn)之一是如何使可生物降解的材料在承受壓力或擠壓時(shí)產(chǎn)生電荷，這一過(guò)程被稱為壓電效應(yīng)。在通常的狀態(tài)下，用于傳感器的醫(yī)用安全聚合物--一種被稱為聚L-丙交酯或PLLA的產(chǎn)品--是中性的，在壓力下不釋放電荷。

Nguyen實(shí)驗(yàn)室的研究生EliCurry和紙張的首席作者EliCurry在成功地將PLLA轉(zhuǎn)化為壓電材料時(shí)，通過(guò)仔細(xì)加熱它，拉伸，并以直角切割它，從而改變了它的內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)，并采用了壓電特性，從而提供了該項(xiàng)目的關(guān)鍵突破。然后將傳感器連接到電子電路，從而可以測(cè)試材料的力傳感能力。

UCONN傳感器由兩層壓電PLLA薄膜組成，夾在微小的鉬電極之間，然后用聚乳酸(PLA)包裹，聚乳酸是一種常用的生物降解產(chǎn)品，用于骨螺釘和組織支架。鉬用于心血管支架和髖關(guān)節(jié)植入物。

當(dāng)施加最大的壓力時(shí)，壓電PLLA薄膜會(huì)產(chǎn)生很小的電荷。這些小的電信號(hào)可以被捕獲并傳送到另一個(gè)設(shè)備上，供醫(yī)生檢查。

作為新傳感器概念測(cè)試的一部分，研究小組將植入的傳感器硬連接到老鼠身體外的信號(hào)放大器上。然后，放大器將增強(qiáng)的電信號(hào)傳送到示波器，在示波器中可以很容易地查看傳感器的讀數(shù)。

研究人員說(shuō)，傳感器在測(cè)試過(guò)程中的讀數(shù)與現(xiàn)有商用設(shè)備的讀數(shù)相當(dāng)，而且同樣可靠。這種新的傳感器能夠捕捉到各種各樣的生理壓力，比如在大腦、眼睛后面和腹部發(fā)現(xiàn)的壓力。

Nguyen的小組正在研究如何延長(zhǎng)傳感器的使用壽命。該實(shí)驗(yàn)室的最終目標(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)。

但研究人員說(shuō)，直到那時(shí)，這種新的傳感器可以以目前的形式使用，以幫助患者避免有創(chuàng)切除手術(shù)。

"對(duì)于該傳感器有許多應(yīng)用,"說(shuō)Nguyen."讓我們說(shuō)傳感器被植入大腦中。我們可以使用可生物降解的金屬絲，并將伴隨的不可降解的電子器件遠(yuǎn)離脆弱的腦組織，例如在耳朵后面的皮膚下面，類似于耳蝸植入物。那么它就需要輕微的治療來(lái)去除電子,而不必?fù)?dān)心傳感器與軟組織直接接觸。