柔性傳感器材料樣品圖
科技日報記者近日從南京理工大學獲悉，該校馮章啟教授課題組創(chuàng)造了一種通過監(jiān)測心血管壁外微應力變化構(gòu)建的心血管疾病超前預測和術(shù)后實時追蹤的新方法。目前，該課題組取得階段性技術(shù)突破，并已完成動物臨床醫(yī)學評價。相關(guān)研究近期發(fā)表在國際納米技術(shù)和納米器件領(lǐng)域頂級期刊《美國化學學會-納米材料與器件》上。
新型納米材料實現(xiàn)高效生物力-電轉(zhuǎn)換
心血管疾病是威脅人類健康的“頭號殺手”，血管是否通暢關(guān)系到整個心血管系統(tǒng)能否正常運作。血栓是血流在血管內(nèi)面剝落處或修補處的表面所形成的小塊。在可變的流體依賴型中，血栓由不溶性纖維蛋白、沉積的血小板、積聚的白細胞和陷入的紅細胞組成。
專家稱，心血管疾病的“超前預測”和“術(shù)后實時追蹤”是臨床有效診斷此類疾病的關(guān)鍵所在，特別是針對需要血管腫瘤切除、心臟內(nèi)支架、瓣膜、血管置換和血管內(nèi)支架等重癥心血管疾病患者。然而，現(xiàn)行的各類分子篩查和影像學技術(shù)由于缺乏精準的特異性識別功能，使心血管疾病的超前預測和實時追蹤成為臨床診療的世界性技術(shù)難題。
馮章啟課題組長期致力于生物電子材料與納米器件的開發(fā)，試圖通過監(jiān)測心血管壁外微應力的變化構(gòu)建心血管疾病超前預測和實時追蹤的新方法。
據(jù)論文第一作者李通博士介紹，此次他們首創(chuàng)了一種具有高效生物力-電轉(zhuǎn)換性能的柔性納米纖維材料，它的厚度僅有200微米，并能夠精確感受壓強變化，再以電壓形式表現(xiàn)出來。
該材料含有豐富的力-電轉(zhuǎn)換偶極子，在僅1000帕斯卡的微壓強作用下即可產(chǎn)生每立方厘米1154伏的電壓，并具備優(yōu)異的穩(wěn)定性、敏感性以及生物相容性。
植入體內(nèi)后可通過手機實時監(jiān)測心血管
基于此，該課題組設(shè)計制造了一種柔性的植入式壓力傳感器。他們將該傳感器植入到實驗動物（成年豬）體內(nèi)的外周血管和心臟部位，其不僅清晰記錄了心血管系統(tǒng)在血栓形成初期、中期和末期的全身血液壓力的細微變化，同時輸出的壓力信號更精確，實時地反映了病變位置在發(fā)病初期由于組織和細胞異化所造成的心血管壁外壓力的微小差異。
“正常人的血壓是有頻率性的跳動，但是當血管出現(xiàn)了一些組織或者細胞異化的時候，那么探測儀上就會產(chǎn)生一個波動的信號，無論它是變大或變小，都是紊亂的，我們一旦探測到這個紊亂的信號，與內(nèi)部存儲的信號不匹配的話，就會發(fā)出一些警告，表明血管可能出現(xiàn)問題?！瘪T章啟介紹說。
未來，該柔性傳感器可伴隨心血管手術(shù)一同植入體內(nèi)，通過無線信號發(fā)射器的引入，醫(yī)護人員即可在手機等客戶端對患者的心血管系統(tǒng)的病變情況進行實時追蹤和診斷。
馮章啟解釋說：“我們把它轉(zhuǎn)換成可以遙感輸出的一個電信號，可以在未來的技術(shù)中，把它改造成用手機接收的信號，手機接收到信號后，可以把這個信號分享給醫(yī)院，這樣就可以做到實時遠程監(jiān)控?！?/p>
同時，這一超靈敏柔性植入式壓力傳感器的成功研制也為體內(nèi)微應力的精準檢測提供了可參考的新方法，對臨床實時、精準測量腦顱壓、腎臟壓、眼壓等具有極大的技術(shù)推動作用。
