中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
甲藻是一組單細胞光合生物，它們使用一只眼睛和一對鞭毛來(lái)檢測光線(xiàn)并朝它移動(dòng)。這些是海洋浮游植物的主要代表之一 - 從熱帶到極地水域。許多物種能夠通過(guò)水的運動(dòng)產(chǎn)生生物發(fā)光。感覺(jué)到它后，整群甲藻照亮了海浪，或者留在了駛入大海的船后面。
這種反應與細胞對機械壓力的反應有關(guān)，加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校的一組科學(xué)家決定利用甲藻的這一特性來(lái)制造新的“天然”生物傳感器。原型包括被包裹在透明柔性外殼中的活細胞，當感覺(jué)被拉伸、壓縮或彎曲時(shí)會(huì )發(fā)光。蔡勝強教授和合著(zhù)者在《自然通訊》雜志上發(fā)表的一篇文章中談到了他。無(wú)獨有偶，美國加州大學(xué)圣迭戈分校研究人員也開(kāi)發(fā)出一種藻類(lèi)制成的柔軟且耐用的材料，這些材料可響應機械應力（壓縮、拉伸或扭曲）而發(fā)光。這項工作的靈感來(lái)自于海灘赤潮事件期間觀(guān)察到的生物發(fā)光波。研究發(fā)表在最新一期《科學(xué)進(jìn)展》上。
發(fā)光藻類(lèi)制成壓力傳感器
無(wú)論是機器、建筑還是飛機，了解部件是否承受機械應力總是很有幫助的。一種新型材料利用集成的發(fā)光藻類(lèi)，可以快速、方便地讓檢查人員了解情況。這種實(shí)驗物質(zhì)由加州大學(xué)圣迭戈分校的科學(xué)家開(kāi)發(fā)，主要由海藻基聚合物（稱(chēng)為藻酸鹽）與被稱(chēng)為甲藻的活單細胞藻類(lèi)結合而成。它還含有一種名為聚（乙二醇）二丙烯酸酯的聚合物，以幫助其承受重負荷。
在海洋中，甲藻會(huì )產(chǎn)生閃光，以威懾捕食者。在用這種新材料 3D 打印出來(lái)的小型結構中，當材料受到擠壓、拉伸或扭曲時(shí)，它們同樣會(huì )發(fā)光--機械應力越大，發(fā)光越亮。
重要的是，這種材料制成的機械應力傳感器不需要任何電源或電子設備。盡管如此，甲藻確實(shí)需要有規律的光照和黑暗循環(huán)才能進(jìn)行光合作用--從光中獲得的能量用于在黑暗中產(chǎn)生生物發(fā)光。到目前為止，3D打印結構在“苛刻的條件”下幾乎不需要維護，就能工作五個(gè)月左右。一旦進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，可以想象這種材料還可以應用于軟體機器人或醫療植入物等領(lǐng)域，后者利用光信號釋放藥物載荷或進(jìn)行治療。
由于施加的應力越大，發(fā)光越亮。研究人員還量化這種行為并開(kāi)發(fā)了一種數學(xué)模型，根據所施加機械應力的大小來(lái)預測發(fā)光強度。他們還在材料上涂上特殊保護層，使材料可在海水中儲存長(cháng)達5個(gè)月，而不會(huì )失去其形狀或生物發(fā)光特性。
“目前的這項工作展示了一種簡(jiǎn)單的方法，將生物體與非生物組件結合起來(lái)，制造出新型材料，這種材料能夠自我維持，并對自然界中的基本機械刺激敏感，”該研究的資深作者蔡勝強教授實(shí)驗室的博士生李成海說(shuō)。有關(guān)這項研究的論文最近發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）雜志上。在下面的視頻中，我們可以看到用這種材料制成的結構在發(fā)光。
機械應力下自發(fā)發(fā)光
科研人員將甲藻放置在各種形狀的密封彈性殼中。為了增強細胞所承受的機械應力，在外殼的內表面制作了小突起，從而增強了變形過(guò)程中的水流。多虧了這一點(diǎn)，作者設法獲得了生物傳感器的原型，只要輕輕一碰，它們就會(huì )真正亮起來(lái)?？茖W(xué)家們還證明，磁鐵可以放置在設備內部，然后在外部場(chǎng)的影響下它們移動(dòng)并發(fā)光。
彈性聚合物聚二甲基硅氧烷用作殼。該材料是在具有使用激光制成的微孔的基質(zhì)上制成的，因此他也保留了這些孔。它們捕獲細胞和大型生物分子，但確保氧氣和其他氣體的交換。多虧了這一點(diǎn)，設備內的甲藻仍然活著(zhù)，并且為了“充電”，它們足以留在光線(xiàn)下。光合作用將有助于恢復用于發(fā)光的資源。
甲藻材料的維護成本也很低。材料中的甲藻需要定期的光照和黑暗周期，以保持正常功能。當在黑暗階段施加機械張力時(shí)，它們利用在光照階段產(chǎn)生的食物和能量來(lái)發(fā)光。
“我們把文化帶進(jìn)來(lái)，這就是它的終點(diǎn)，”蔡教授說(shuō)?！爱斔鼈冊陉?yáng)光下充電時(shí)，它們可以一次又一次地使用至少一個(gè)月。無(wú)需更新解決方案等。每臺設備都是一個(gè)小的生命生態(tài)系統?！爆F在科學(xué)家們正計劃改進(jìn)原型——特別是獲得這樣的結構，以便活細胞可以直接整合到其中。這將使設備更加可靠和通用。在未來(lái)的某一天，它們可能會(huì )在海洋監測系統、水下機器人等領(lǐng)域得到應用，或者只是提供照明而不需要電力。
研究人員進(jìn)一步改進(jìn)了這些材料，使它們在各種條件下更加耐用。通過(guò)將第二種聚合物——聚乙二醇二丙烯酸酯（poly(ethylene glycol) diacrylate）混合到初始混合物中，研究人員進(jìn)一步增強了這些材料，使它們能夠承受更大的機械負荷。此外，通過(guò)用彈性橡膠狀聚合物Ecoflex對材料進(jìn)行包覆，使材料免受酸性和堿性溶液的侵害。研究人員繼續改進(jìn)和優(yōu)化這些材料，以滿(mǎn)足應用于從醫學(xué)到機器人等各種行業(yè)的要求。
可望用于醫學(xué)行業(yè)
這項研究展示了如何將生物生物與非生命成分簡(jiǎn)單地結合起來(lái)，以制造自持續且對自然界中的基本機械應力敏感的新型材料。這些創(chuàng )新的材料有望在未來(lái)應用于各種行業(yè)，從醫學(xué)到機器人，從而為技術(shù)領(lǐng)域帶來(lái)新的應用和改進(jìn)。
醫用壓力傳感器（Medical pressure sensors）是專(zhuān)門(mén)醫用的壓力傳感器。即是專(zhuān)門(mén)醫用的能感受壓力并轉換成可用輸出信號的傳感器。常用的醫用壓力傳感器有醫用負壓真空系統壓力傳感器、真空壓縮袋傳感器、醫用氣壓壓力傳感器、無(wú)創(chuàng )醫用傳感器、血壓傳感器板、動(dòng)脈壓力監測傳感器 、動(dòng)脈壓力傳感器、有創(chuàng )醫用傳感器 、離子束濺射薄膜壓力傳感器、一次性醫療壓力傳感器、生物醫用壓力傳感器、血壓計壓力傳感器、醫用輸液泵用壓力傳感器、脈向傳感器/脈搏傳感器、血壓傳感器、胎壓傳感器等等。
醫用壓力傳感器都必須高度精確并緊湊包裝，以方便攜帶，特別是器械要與病人直接連接時(shí)。如果傳感器用于某醫療器械集成的監測儀器內，要使用不銹鋼和陽(yáng)極化鋁等標準包裝材料。如果壓力傳感器設備與人體或液體直接接觸，則可使用可高壓蒸汽滅菌的特種不銹鋼或一次性傳感器。
醫用壓力傳感器通常用于對人體有創(chuàng )血壓如動(dòng)脈壓、中心靜脈壓、肺動(dòng)脈壓和左冠狀動(dòng)脈壓等多種壓力進(jìn)行監測，直接獲得血壓這一生理參數，為臨床對疾病的診斷、治療和預后估計提供客觀(guān)依據。
醫用壓力傳感器早期曾用于病床負重監測，現在則將小型壓力傳感器傳感器應用到容易發(fā)生人為錯誤的領(lǐng)域，如：用于給藥的輸液泵。為了盡可能精確地調節流速以及便于護士隨時(shí)監測，人們將壓力傳感器傳感器應用在輸液泵上。這種傳感器可準確測量輸液袋的重量，當液體重量與預先設定值不同時(shí)，傳感器會(huì )立即向連接的設備發(fā)出警告信息，并及時(shí)跟控制器通信。
隨著(zhù)科技的進(jìn)步和社會(huì )的發(fā)展，醫用壓力傳感器的應用得到大大的普及，而且靈敏度和穩定性已經(jīng)得到很大提高，這讓醫生對病人病情有了更好的判斷。并且很多人高血壓病人家里都自備了這類(lèi)傳感器，用于隨時(shí)監測病人的血壓狀況。
