在醫(yī)療過程中，對病人身體狀況進行監(jiān)測是很重要的一環(huán)，而普通傳感器價格昂貴，在監(jiān)測過程中可能會給患者帶來不適甚至產(chǎn)生危險。近日，一個國際研究團隊設(shè)計了一種高靈敏度的柔性傳感器，該傳感器可以植入體內(nèi)，并且在不再需要時，安全地進行生物降解，成為可被人體吸收的組分。

在這項研究中，他們開發(fā)的可植入傳感器可以監(jiān)測人體內(nèi)各種形式的一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)水平。這類物質(zhì)在人類健康中發(fā)揮重要作用。如，人體中自然產(chǎn)生的一氧化氮可以舒張血管以增強血液流動，從而使氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)在體內(nèi)循環(huán);二氧化氮的暴露與慢性阻塞性肺疾病等疾病的進展有關(guān)。

該研究于11月6日在線發(fā)表在《NPG Asia Meterials》，題為“Biodegradable, flexible silicon nanomembrane-based NOx gas sensor system with record-high performance for transient environmental monitors and medical implants”。

該團隊通過使用可植入、可彎曲、可拉伸且可生物降解的材料制造了這一傳感器。雖然目前的裝置可在體外監(jiān)測一氧化氮和二氧化氮水平，但它們笨重，而且還可能不如可植入裝置精確。

然而，如果需要移除可植入設(shè)備，這就可能意味著需要對人體進行侵入性的操作來取出。因此，研究人員致力于開發(fā)無需侵入性操作就可消除的傳感器。

該研究的作者之一，賓夕法尼亞州立大學工程科學與力學系的Huanyu Cheng說：“如果您進行了心臟外科手術(shù)，那么監(jiān)測心臟表面或內(nèi)部器官的氣體水平可能更為有益。這種氣體傳感器具有植入性和可生物降解性，這是我們一直在努力的一個研究方向?；颊邚耐饪剖中g(shù)中完全恢復后，他們就不再需要該設(shè)備，這就是可生物降解設(shè)備的好處?！?/p>

基于單晶硅納米膜(SC-Si NMs)的生物可吸收的，靈活的NO x(NO / NO 2)傳感系統(tǒng)

據(jù)研究人員稱，該設(shè)備的所有成分在水中或體液中均可生物降解，但仍具有足夠的功能以捕獲有關(guān)氣體含量的信息。在這種情況下，研究人員用鎂制成了設(shè)備的導體，對于功能性材料，他們使用了對一氧化氮高度敏感的硅。

研究顯示，人體可以安全吸收該設(shè)備中使用的所有材料。這一設(shè)計的另一個好處是，這些材料的溶解速度足夠慢，以使傳感器在患者康復期間可以在體內(nèi)持續(xù)發(fā)揮作用。

Cheng說：“硅是獨一無二的，它是現(xiàn)代電子產(chǎn)品的基礎(chǔ)，人們認為它非常穩(wěn)定。同時，硅也被證明是可生物降解的。它可以以一種非常緩慢的方式溶解，每天溶解約一到兩納米，具體取決于環(huán)境?！?/p>

根據(jù)研究人員描述，該傳感器在潮濕條件和水溶液中進行了測試，表明它可以在人體的惡劣條件下穩(wěn)定運行。

此外，該團隊還利用了ICDS的Roar超級計算機來創(chuàng)建計算機模擬，以計算這個設(shè)備由于材料的微小形狀變化而帶來的影響。

Cheng說：“我們的測量基于電阻，電阻可以根據(jù)氣體吸收量而變化，但是由于設(shè)備變形也會發(fā)生變化。因此，如果皮膚表面的傳感器變形，將產(chǎn)生很大的影響，而且這會使我們也不能判斷氣體監(jiān)測的數(shù)據(jù)變化是來自設(shè)備變形還是來自于環(huán)境?！?/p>

研究人員表示，他們未來的工作可能會專注于設(shè)計集成系統(tǒng)，以監(jiān)測身體其他功能，幫助治療各種疾病。