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來(lái)源： 中國(guó)生物技術(shù)網(wǎng) 2022-05-18 09:42
來(lái)自美國(guó)佐治亞理工學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種完全可植入的血管電子系統(tǒng)，無(wú)需電池或電路即可無(wú)線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)血流動(dòng)力學(xué)。該系統(tǒng)為全面監(jiān)測(cè)動(dòng)脈健康提供了機(jī)會(huì)。
心血管疾病是人類健康的“頭號(hào)殺手”，常年霸榜全球發(fā)病率和死亡率排行榜之首，僅2020年一年就死亡1860萬(wàn)人，占全球全部死亡人數(shù)的30%以上。
對(duì)于高風(fēng)險(xiǎn)人群而言，持續(xù)監(jiān)測(cè)血管系統(tǒng)的血流動(dòng)力學(xué)可以跟蹤心血管疾病的進(jìn)展以及時(shí)采取治療，甚至可以拯救生命。然而，像高血壓、動(dòng)脈粥樣硬化和動(dòng)脈瘤這樣的致命疾病發(fā)生在直徑從幾毫米到幾厘米且曲率不等的動(dòng)脈中；而現(xiàn)有的血流動(dòng)力學(xué)監(jiān)測(cè)方法，包括血管造影、磁共振成像、多普勒超聲和導(dǎo)管檢查臨床設(shè)備都受到了體積、剛度和實(shí)用性的限制，只能提供有限和重復(fù)的監(jiān)測(cè)時(shí)間，以及非常局部的血管健康視圖；而且這些設(shè)備成本高昂，還可能會(huì)對(duì)糖尿病患者帶來(lái)其他不良的健康后果。
總之，動(dòng)脈傳感血管電子技術(shù)的發(fā)展一直受到可植入性和可操作性的限制。
發(fā)表在《Science Advances》上的一項(xiàng)最研究中，來(lái)自美國(guó)佐治亞理工學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種完全可植入的血管電子系統(tǒng)，無(wú)需電池或電路即可無(wú)線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)血流動(dòng)力學(xué)。該系統(tǒng)為全面監(jiān)測(cè)動(dòng)脈健康提供了機(jī)會(huì)。
這個(gè)血管電子系統(tǒng)由一個(gè)集成了柔性傳感器的無(wú)線智能支架平臺(tái)組成，通過(guò)電感耦合在明顯大于現(xiàn)有血管傳感器的通信距離處進(jìn)行操作，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壓力、脈搏率和流量在內(nèi)的血流動(dòng)力學(xué)，并將數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸?shù)襟w外的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；而且由于體積超小超薄，因此可以使用可植入導(dǎo)管在體內(nèi)任何地方傳輸數(shù)據(jù)。
當(dāng)該設(shè)備安裝在動(dòng)脈粥樣硬化患者體內(nèi)時(shí)，除了像傳統(tǒng)的支架一樣擴(kuò)大并防止動(dòng)脈變窄、恢復(fù)正常的血流的同時(shí)，還將提供源源不斷的數(shù)據(jù)傳輸。
無(wú)線可植入設(shè)備平臺(tái)很容易適應(yīng)多種傳感器以監(jiān)測(cè)更多參數(shù)，例如血管應(yīng)變、溫度和生物標(biāo)志物等，還允許使用特定疾病的設(shè)備。該電子血管系統(tǒng)為全面監(jiān)測(cè)血流動(dòng)力學(xué)提供了可能。
該研究通訊作者、生物醫(yī)學(xué)工程系研究員Woon-Hong Yeo說(shuō)：“基本上，你可以把這個(gè)植入式血管電子系統(tǒng)放在體內(nèi)的任何地方。此外，除了作為一種植入式傳感器系統(tǒng)，它還可以用作可穿戴系統(tǒng)。想想智能手表，它的體積有多少是由電路或電池占據(jù)的？如果你去除所有這些，那么就剩下一個(gè)比典型的創(chuàng)可貼更薄的設(shè)備，一個(gè)幾乎看不見(jiàn)的健康監(jiān)視器，你可以把它'戴’在任何地方?！?/section>
隨后，該團(tuán)隊(duì)在一項(xiàng)活體兔子實(shí)驗(yàn)上測(cè)試了他們的無(wú)線植入系統(tǒng)。無(wú)線設(shè)備從左頸動(dòng)脈的血管鞘插入點(diǎn)被引導(dǎo)，穿過(guò)主動(dòng)脈弓，通過(guò)腹主動(dòng)脈，進(jìn)入右髂動(dòng)脈。主動(dòng)脈直徑為4.5毫米，右髂動(dòng)脈直徑為1.93毫米，從而突出了無(wú)線設(shè)備在狹窄和彎曲的動(dòng)脈中前進(jìn)的能力。此外，第二個(gè)無(wú)線設(shè)備可以被引導(dǎo)繞過(guò)一個(gè)急轉(zhuǎn)彎，進(jìn)入直徑為1.53毫米的左腎動(dòng)脈，這表明該設(shè)備在高度狹窄的動(dòng)脈中進(jìn)行傳感的潛力。
無(wú)論如何，這是一個(gè)階段性的突破。研究人員表示，在推進(jìn)基于印刷技術(shù)的納米膜傳感器和生物電子技術(shù)的無(wú)線可持續(xù)監(jiān)測(cè)血管健康方面，還有大量工作要做。
總體而言，該研究為植入式血管電子系統(tǒng)和血流動(dòng)力學(xué)的全面無(wú)線監(jiān)測(cè)提供了技術(shù)框架。
Yeo說(shuō)：“我們相信，我們開發(fā)的機(jī)械、材料和電氣設(shè)計(jì)原則，以及由此產(chǎn)生的工程和生物傳感框架，將推動(dòng)植入電子和生物醫(yī)學(xué)系統(tǒng)領(lǐng)域的發(fā)展；而且，我們獲得的見(jiàn)解和知識(shí)將適用于生物醫(yī)學(xué)科學(xué)和工程中的其他生理過(guò)程和挑戰(zhàn)?！?/section>
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