請(qǐng)你想象一下：能夠傳輸皮膚溫度信息的電子紋身；附著于隱形眼鏡上用于檢測(cè)青光眼的透明傳感器；包裹在跳動(dòng)心臟外的柔韌起搏器；手術(shù)后能夠控制痛感、不被需要時(shí)還能無害分解的植入體。
上述例子都是個(gè)人醫(yī)療在生物物理學(xué)領(lǐng)域的最新實(shí)驗(yàn)。
在美國、瑞士和韓國的實(shí)驗(yàn)室中，生物工程師們正在研發(fā)極其柔韌、超薄的電子器件，目的是將醫(yī)學(xué)診斷從導(dǎo)線和電源線繁雜的臨床實(shí)踐中解放出來，從而令健康指征的測(cè)量更加直接和有效。與目前剛性的電腦半導(dǎo)體芯片不同，這些仿生醫(yī)療用品都具有可以伸縮、折疊和彎曲而不致破損的特性。它們可彎曲，很柔軟，就像人類大部分的身體器官一樣。
伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校(University of Illinois at Urbana-Champaign)的材料學(xué)家、此類技術(shù)的先行者約翰·A.羅杰斯(John A. Rogers)表示：“把電子裝置做得有彈性是一種截然不同于以往的方式。在人類醫(yī)療領(lǐng)域，我們可以運(yùn)用這項(xiàng)科技解決很多當(dāng)前尚不能解決的問題。”
一些初級(jí)的柔性傳感器已經(jīng)打入了市場(chǎng)，它們可以加入腕帶之中來記錄運(yùn)動(dòng)時(shí)的心率，也可以作為可佩戴貼片來監(jiān)控運(yùn)動(dòng)員受到的頭部撞擊。
研究人員表示，隨著更多精密的醫(yī)療應(yīng)用在未來10年面世，這些無線裝置可以讓醫(yī)生和病人持續(xù)不斷地監(jiān)督關(guān)鍵的健康指標(biāo)，而不只是在定期的辦公室及臨床體檢時(shí)才對(duì)其進(jìn)行測(cè)量。
馬薩諸塞州梅德福(Medford)塔夫斯大學(xué)(Tufts University)的生物醫(yī)學(xué)工程師菲奧倫佐·歐曼尼托(Fiorenzo Omenetto)表示：“這在一定程度上改變了游戲規(guī)則。”歐曼尼托的研究方向是具備生物兼容性和生物降解性的電子醫(yī)療裝置。
柔性電子植入體或許10年之后才能獲批用于人體，但是數(shù)字皮膚貼片已有望以更便捷、更舒適的方式進(jìn)行健康指征的監(jiān)控。羅杰斯博士和他的同事們對(duì)一臺(tái)醫(yī)用心電圖儀器進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理，通常醫(yī)用心電圖儀器是由一臺(tái)置于推車上的監(jiān)控設(shè)備和各種連接設(shè)備組成的，而科學(xué)家們卻把它變成了一個(gè)小巧的無線傳感器，這個(gè)傳感器可以像創(chuàng)可貼一樣粘貼在皮膚上。他們還研發(fā)了一種可佩戴的數(shù)字體溫計(jì)，這個(gè)體溫計(jì)非常敏感，它可以通過對(duì)體溫變化的測(cè)量感應(yīng)到新陳代謝每分鐘的變化。
若有需要，一些試驗(yàn)性的傳感器能夠自動(dòng)地釋放藥物。今年3月，韓國首爾大學(xué)(Seoul National University)的研究人員發(fā)布報(bào)告稱，他們研發(fā)出了一種可以佩戴在手腕上的數(shù)字皮膚貼片，專門用以研究運(yùn)動(dòng)障礙類疾病，如帕金森氏癥。這種貼片可以存儲(chǔ)和傳輸患者的活動(dòng)信息、接收診斷信息，并且在必要時(shí)自動(dòng)向皮膚釋放藥物。這項(xiàng)研究論文發(fā)表于《自然·納米技術(shù)》(Nature Nanotechnology)雜志上。
西北大學(xué)(Northwestern University)生物工程師、羅杰斯博士的合作者黃永剛表示：“現(xiàn)在，人們?nèi)绻【托枰メt(yī)院進(jìn)行檢查，但是那些檢查設(shè)備體積龐大，患者不能把它們帶回家。我們希望把這些裝置變得像人體肌膚一樣柔軟有彈性，這樣這些裝置就可以像兒童紋身一樣貼在患者皮膚上了。”
上個(gè)月，黃博士和他的同事們?cè)凇犊茖W(xué)》(Science)雜志上發(fā)表文章稱，他們已經(jīng)使用商用現(xiàn)成零件成功組裝了一個(gè)無線粘貼式皮膚貼片，該貼片可以與體積龐大的醫(yī)用設(shè)備一樣有效地檢測(cè)心臟和腦部活動(dòng)。他們利用一種可以像手風(fēng)琴風(fēng)箱一樣折疊并打開的精細(xì)導(dǎo)線將微電路連接了起來，這樣電子貼片就可以彎曲卷折卻不致?lián)p壞了。
在位于蘇黎世的瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院(Swiss Federal Institute of Technology)，電子工程師喬瓦尼·塞爾瓦托(Giovanni Salvatore)和他的同事們正在研發(fā)更加纖薄的復(fù)雜電路，這種電路彈性很大，即使纏繞在一縷頭發(fā)上也不會(huì)斷裂或短路。
他的研究團(tuán)隊(duì)正在一種被稱為帕利靈的聚合塑料薄膜上搭建透明電路，這層薄膜只有一微米厚。在一個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目中，他們制作了一個(gè)安裝在隱形眼鏡上的透明應(yīng)變儀以監(jiān)測(cè)眼球壓力的增加。他們還在研發(fā)一種可以監(jiān)控心率的數(shù)字紋身，該裝置可以通過無線裝置把數(shù)據(jù)發(fā)送給手機(jī)。
塞爾瓦托博士稱：“這項(xiàng)研究的重點(diǎn)就是制造可以使用在人類皮膚或身體上的極其柔韌的電子裝置。”
與傳統(tǒng)的可以無限期使用的電子器件不同的是，上述試驗(yàn)性裝置中的一些是可以進(jìn)行生物降解的。實(shí)際上，研究人員正在對(duì)一些可以按照設(shè)定步驟消失的醫(yī)療診斷裝置進(jìn)行測(cè)試，這些裝置可以在數(shù)天、數(shù)月或數(shù)年后完整且無害地溶解于水或體液之中。
羅杰斯博士稱：“有很多裝置是你愿意植入體內(nèi)，而卻不需要它永久運(yùn)作的——比如用于傷口愈合處理、骨骼康復(fù)和治療癌癥腫瘤的裝置。你會(huì)希望使用一些經(jīng)過編程的電子裝置，但是僅僅幾周或幾個(gè)月就足夠了。”
為了制造可以消失的醫(yī)療植入體，研究人員使用可以被人體吸收的蠶絲、多孔硅薄膜和鎂電極制造了電路。科學(xué)家們表示，這些材料無毒無害，劑量也少于普通的維他命藥片。
加入水后，這些電路就自然溶解了。
科學(xué)家們使用蠶絲包裹電路并做了防水處理。通過改變蠶絲分子鍵作用力的大小和電路本身的薄厚，他們可以讓植入裝置按期溶解。塔夫斯大學(xué)的歐曼尼托博士稱：“我們制作了這些超微保鮮袋，所以你必須要溶解保鮮袋后再溶解裝置。”
科學(xué)家們?cè)诶鲜笊砩显囼?yàn)了這種生物醫(yī)學(xué)植入裝置，并用它向老鼠的手術(shù)傷口釋放殺菌藥劑。隨后，植入裝置按照設(shè)定時(shí)間溶解了，只留下了少量蠶絲殘余。科學(xué)家們表示，這些殘余最終完整無害地被老鼠的身體吸收了。
黃博士表示：“我們的理念就是，當(dāng)你不再需要這個(gè)電子裝置時(shí)，它可以自行消失。這項(xiàng)科技已經(jīng)在動(dòng)物試驗(yàn)中大獲成功。但是，把這項(xiàng)科技真正應(yīng)用到人體可能還有很長的路要走。”
