生物可降解传感器监测体内压力

Uconn工程师创造了一个可生物降解的压力传感器，可以帮助医生监视慢性肺病、脑肿胀和其他医学状况，然后在患者体内无害地溶解。

小型柔性传感器由美国食品药品监督管理局批准用于外科缝合线、骨移植物和医疗植入物的医疗安全材料制成。其设计用于更换具有潜在有毒部件的现有植入式压力传感器。

必须在使用后取出这些传感器，对患者进行额外的侵入性手术，延长其恢复时间，并增加感染的风险。

研究人员说，由于UConn传感器在施加压力时会释放出少量的电荷，因此也可以用来为组织再生提供电刺激。其他潜在的应用包括监测青光眼、心脏病和膀胱癌患者。

“我们非常兴奋，因为这是第一次以这种方式使用这些生物相容性材料，”这篇论文的资深作者、康涅狄格大学再生工程研究所(Institute Of Regeneration Engineering At UConn Health)和斯托尔斯大学材料科学研究所(Institute Of Matters Science)的机械和生物医学工程助理教授坦赫·杜克·阮(Thanh Duc Nguyen)说。

"医疗传感器通常被直接植入软组织和器官,"Nguyen注释."取出它们会造成额外的损坏。我们知道，如果我们能开发一个不需要手术来取出的传感器，那将是非常重要的。"

由实验室制造的原型传感器由5毫米长、5毫米宽和200微米厚的薄聚合物薄膜组成。将传感器植入小鼠腹部，以监测小鼠的呼吸率。它将小鼠膈肌收缩的可靠读数持续四天，然后再分解为其单独的有机组分。

为了确保传感器也是医学上安全的，研究人员将其植入小鼠背部，然后观察来自小鼠免疫系统的反应。结果仅在插入传感器后出现轻微炎症，四周后周围组织恢复正常。

该项目最大的挑战之一是如何使可生物降解的材料在承受压力或挤压时产生电荷，这一过程被称为压电效应。在通常的状态下，用于传感器的医用安全聚合物--一种被称为聚L-丙交酯或PLLA的产品--是中性的，在压力下不释放电荷。

Nguyen实验室的研究生EliCurry和纸张的首席作者EliCurry在成功地将PLLA转化为压电材料时，通过仔细加热它，拉伸，并以直角切割它，从而改变了它的内部分子结构，并采用了压电特性，从而提供了该项目的关键突破。然后将传感器连接到电子电路，从而可以测试材料的力传感能力。

UCONN传感器由两层压电PLLA薄膜组成，夹在微小的钼电极之间，然后用聚乳酸(PLA)包裹，聚乳酸是一种常用的生物降解产品，用于骨螺钉和组织支架。钼用于心血管支架和髋关节植入物。

当施加最大的压力时，压电PLLA薄膜会产生很小的电荷。这些小的电信号可以被捕获并传送到另一个设备上，供医生检查。

作为新传感器概念测试的一部分，研究小组将植入的传感器硬连接到老鼠身体外的信号放大器上。然后，放大器将增强的电信号传送到示波器，在示波器中可以很容易地查看传感器的读数。

研究人员说，传感器在测试过程中的读数与现有商用设备的读数相当，而且同样可靠。这种新的传感器能够捕捉到各种各样的生理压力，比如在大脑、眼睛后面和腹部发现的压力。

Nguyen的小组正在研究如何延长传感器的使用寿命。该实验室的最终目标是开发一种在人体内完全可生物降解的传感器系统。

但研究人员说，直到那时，这种新的传感器可以以目前的形式使用，以帮助患者避免有创切除手术。

"对于该传感器有许多应用,"说Nguyen."让我们说传感器被植入大脑中。我们可以使用可生物降解的金属丝，并将伴随的不可降解的电子器件远离脆弱的脑组织，例如在耳朵后面的皮肤下面，类似于耳蜗植入物。那么它就需要轻微的治疗来去除电子,而不必担心传感器与软组织直接接触。