为健康保驾的柔性电子器件

源济

请

你想象一下：能够传输皮肤温度信息的电子纹身；附着于隐形眼镜上用于检测青光眼的透明传感器；包裹在跳动心脏外的柔韧起搏器；手术后能够控制痛感、不被需要时还能无害分解的植入体。

上述例子都是个人医疗在生物物理学领域的最新实验。

在美国、瑞士和韩国的实验室中，生物工程师们正在研发极其柔韧、超薄的电子器件，目的是将医学诊断从导线和电源线繁杂的临床实践中解放出来，从而令健康指征的测量更加直接和有效。与目前刚性的电脑半导体芯片不同，这些仿生医疗用品都具有可以伸缩、折叠和弯曲而不致破损的特性。它们可弯曲，很柔软，就像人类大部分的身体器官一样。

伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校(University of Illinois at Urbana-Champaign)的材料学家、此类技术的先行者约翰·A.罗杰斯(John A. Rogers)表示：“把电子装置做得有弹性是一种截然不同于以往的方式。在人类医疗领域，我们可以运用这项科技解决很多当前尚不能解决的问题。”

Beckman Institute/University of Illinois at Urbana-Champaign

西北大学和伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校研制的外观酷似纹身的电子体温计。

一些初级的柔性传感器已经打入了市场，它们可以加入腕带之中来记录运动时的心率，也可以作为可佩戴贴片来监控运动员受到的头部撞击。

研究人员表示，随着更多精密的医疗应用在未来10年面世，这些无线装置可以让医生和病人持续不断地监督关键的健康指标，而不只是在定期的办公室及临床体检时才对其进行测量。

马萨诸塞州梅德福(Medford)塔夫斯大学(Tufts University)的生物医学工程师菲奥伦佐·欧曼尼托(Fiorenzo Omenetto)表示：“这在一定程度上改变了游戏规则。”欧曼尼托的研究方向是具备生物兼容性和生物降解性的电子医疗装置。

柔性电子植入体或许10年之后才能获批用于人体，但是数字皮肤贴片已有望以更便捷、更舒适的方式进行健康指征的监控。罗杰斯博士和他的同事们对一台医用心电图仪器进行了简化处理，通常医用心电图仪器是由一台置于推车上的监控设备和各种连接设备组成的，而科学家们却把它变成了一个小巧的无线传感器，这个传感器可以像创可贴一样粘贴在皮肤上。他们还研发了一种可佩戴的数字体温计，这个体温计非常敏感，它可以通过对体温变化的测量感应到新陈代谢每分钟的变化。

Donghee Son/Jongha Lee

首尔大学的研究人员研发的可以记录肌肉运动并释放药物的智能贴片。

若有需要，一些试验性的传感器能够自动地释放药物。今年3月，韩国首尔大学(Seoul National University)的研究人员发布报告称，他们研发出了一种可以佩戴在手腕上的数字皮肤贴片，专门用以研究运动障碍类疾病，如帕金森氏症。这种贴片可以存储和传输患者的活动信息、接收诊断信息，并且在必要时自动向皮肤释放药物。这项研究论文发表于《自然·纳米技术》(Nature Nanotechnology)杂志上。

西北大学(Northwestern University)生物工程师、罗杰斯博士的合作者黄永刚表示：“现在，人们如果生病就需要去医院进行检查，但是那些检查设备体积庞大，患者不能把它们带回家。我们希望把这些装置变得像人体肌肤一样柔软有弹性，这样这些装置就可以像儿童纹身一样贴在患者皮肤上了。”

上个月，黄博士和他的同事们在《科学》(Science)杂志上发表文章称，他们已经使用商用现成零件成功组装了一个无线粘贴式皮肤贴片，该贴片可以与体积庞大的医用设备一样有效地检测心脏和脑部活动。他们利用一种可以像手风琴风箱一样折叠并打开的精细导线将微电路连接了起来，这样电子贴片就可以弯曲卷折却不致损坏了。

Swiss Federal Institute of Technology

瑞士联邦理工学院研制的可以监测青光眼的智能隐形眼镜。

在位于苏黎世的瑞士联邦理工学院(Swiss Federal Institute of Technology)，电子工程师乔瓦尼·塞尔瓦托(Giovanni Salvatore)和他的同事们正在研发更加纤薄的复杂电路，这种电路弹性很大，即使缠绕在一缕头发上也不会断裂或短路。

他的研究团队正在一种被称为帕利灵的聚合塑料薄膜上搭建透明电路，这层薄膜只有一微米厚。在一个试验项目中，他们制作了一个安装在隐形眼镜上的透明应变仪以监测眼球压力的增加。他们还在研发一种可以监控心率的数字纹身，该装置可以通过无线装置把数据发送给手机。

塞尔瓦托博士称：“这项研究的重点就是制造可以使用在人类皮肤或身体上的极其柔韧的电子装置。”

与传统的可以无限期使用的电子器件不同的是，上述试验性装置中的一些是可以进行生物降解的。实际上，研究人员正在对一些可以按照设定步骤消失的医疗诊断装置进行测试，这些装置可以在数天、数月或数年后完整且无害地溶解于水或体液之中。

罗杰斯博士称：“有很多装置是你愿意植入体内，而却不需要它永久运作的——比如用于伤口愈合处理、骨骼康复和治疗癌症肿瘤的装置。你会希望使用一些经过编程的电子装置，但是仅仅几周或几个月就足够了。”

为了制造可以消失的医疗植入体，研究人员使用可以被人体吸收的蚕丝、多孔硅薄膜和镁电极制造了电路。科学家们表示，这些材料无毒无害，剂量也少于普通的维他命药片。

加入水后，这些电路就自然溶解了。

科学家们使用蚕丝包裹电路并做了防水处理。通过改变蚕丝分子键作用力的大小和电路本身的薄厚，他们可以让植入装置按期溶解。塔夫斯大学的欧曼尼托博士称：“我们制作了这些超微保鲜袋，所以你必须要溶解保鲜袋后再溶解装置。”

科学家们在老鼠身上试验了这种生物医学植入装置，并用它向老鼠的手术伤口释放杀菌药剂。随后，植入装置按照设定时间溶解了，只留下了少量蚕丝残余。科学家们表示，这些残余最终完整无害地被老鼠的身体吸收了。

黄博士表示：“我们的理念就是，当你不再需要这个电子装置时，它可以自行消失。这项科技已经在动物试验中大获成功。但是，把这项科技真正应用到人体可能还有很长的路要走。”

Robert Lee Hotz