中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
植入式電子器械可以遠程監測與患者健康相關(guān)的生理活動(dòng)，因而成為最具前景的醫療技術(shù)之一。過(guò)去十年來(lái)，盡管研究人員開(kāi)發(fā)了各種各樣的植入式器械，但是現有技術(shù)仍存在很多局限性，限制了它們在臨床環(huán)境中的廣泛應用。
阻礙現有植入式醫療器械大規模應用的首要因素，是這些裝置與人體中大多數器官/組織之間的結構不匹配，因為這些器官/組織通常具有復雜的一維或三維結構;另外，實(shí)踐已經(jīng)證明，將柔性電子器件可靠地固定在運動(dòng)或跳動(dòng)的人體器官上仍極具挑戰。
韓國大邱慶博科學(xué)技術(shù)研究所(Daegu-Gyeongbuk Institute of Science & Technology, DGIST)和ETH Zürich的研究人員最近開(kāi)發(fā)了一種無(wú)線(xiàn)纖維應力傳感器，可以克服現有植入式電子器件的局限性。這款無(wú)線(xiàn)纖維應力傳感器由一個(gè)電容式纖維應力傳感器和一個(gè)用于無(wú)線(xiàn)讀出的感應線(xiàn)圈組成，該研究成果已發(fā)表于Nature Electronics。
“這項研究的主要目標是克服現有植入電子器械在實(shí)際應用中的局限性?！痹擁椖垦芯咳藛T之一Jaehong Lee表示，“為此，我們開(kāi)發(fā)了一種可縫合纖維制成的植入式無(wú)線(xiàn)應力傳感器，顯著(zhù)改善了現有平面型植入器械與器官/組織的結構不匹配和固定問(wèn)題?！?/p>
Lee及其同事開(kāi)發(fā)的這款應力傳感器由兩個(gè)導電纖維電極組成，電極位于空心的雙螺旋結構中。當對兩根纖維電極施加應力時(shí)，它們會(huì )被拉伸從而改變傳感器的電容特性。
纖維應力傳感器的工作機理
“我們可以無(wú)線(xiàn)測量傳感器電容的變化以監測施加的應力?！盠ee解釋說(shuō)，“基于傳感器中的空心芯層，雙螺旋導電纖維可以在應力下快速拉伸，實(shí)現了比現有電容式應力傳感器更高的靈敏度。更重要的是，這款應力傳感器可以基于其獨特的結構優(yōu)勢，直接縫合到目標組織或器官上，從而提供長(cháng)時(shí)間的穩定固定?！?/p>
研究人員通過(guò)一系列的數學(xué)分析和模擬對這款植入式傳感器進(jìn)行了評估，結果證明這款器件的性能非常好。此外，其性能可以調制，或根據特定應用需求進(jìn)行適配。
這款可縫合纖維應力傳感器能夠克服現有植入式器械的主要實(shí)際限制，即結構不匹配和穩定固定。事實(shí)上，與過(guò)去開(kāi)發(fā)的其他解決方案相比，這種新器械可以直接縫合到目標組織或器官上。
未來(lái)，這項最新研究將有助于開(kāi)發(fā)更有效、更可靠的植入式電子器械來(lái)監測人體內特定的生物力學(xué)信號。例如，這種應力傳感器可以用于監測個(gè)性化康復矯形應用，以及運動(dòng)相關(guān)的生物力學(xué)信息。
“據我們所知，這是第一次展示了可縫合電子系統在生物醫學(xué)上的應用，我們相信這將是植入式電子器械臨床應用的一大進(jìn)步?！盠ee說(shuō)，“接下來(lái)，這種傳感系統將會(huì )是生物可吸收的，以避免在使用后需要第二次手術(shù)移除。因此，我們現在正在開(kāi)發(fā)完全生物可吸收的纖維應力傳感器版本?！?/p>
