植入式电子设备

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  可溶解设备能制造出更好的医疗植入体。
  
  下一代植入医药设备将依赖高科技材料,这些材料并非在工厂制造,而是在蠕虫的腹中。塔夫茨大学生物医药工程师费奥伦茨·奥门托(FiorenzoOmenetto)用蚕丝作为植入式光电设备的基板,这种设备将起到生命体征监测仪、血液测试仪、成像中心以及配药房的综合作用——并能在不再需要时安全地自解掉。
  植入式电子设备能够更清晰地描述体内情况,以帮助掌控慢性疾病或手术后的病情,但生物相容性问题限制了它们的使用。在植入电子设备时,设备使用的诸多材料通常会引起免疫反应。而当今大多数情况下,植入式设备经过一段时间后必须通过手术替换或移除,所以只值得在重要的设备上使用,比如心脏起搏器。然而,蚕丝柔软,且可生物降解,它能像光学玻璃一样导光。尽管它不能制成晶体管或者导线,却可作为电子器件列阵的机械性支撑物,使得设备可以直接安置在生物组织上而不会引起过敏反应。根据制作工艺的不同,蚕丝可以在体内立即分解或者维持数年。它还可以长时间保存脆弱的分子,比如酶。
  3年前,奥门托开始致力于蚕丝的研究。那时,走廊对面的生物医学工程师大卫-卡普兰(David Kaplan)请他帮忙将蚕丝制作为培植新生组织所用的复杂支架。他首先煮沸蚕茧,然后将生成溶液提纯,以获得主要成分——丝蛋白水溶液,也被称为丝心蛋白。这些溶液可被倒入模具制成的外形小至10纳米的结构。奥门托将其制作成多种光学设备,比如激光、镜子、三棱镜以及光纤,所有这些设备都可用于体内植入的生物传感器的光传输。模制前,在丝溶液中混入抗体或酶可使设备用于将来感测任何生物分子的低浓度状态,从葡萄糖到肿瘤标记。
  奥门托和卡普兰以及伊利诺伊大学香槟分校的材料科学家约翰·罗杰斯(John Rogers)合作,制作出将蚕丝与柔性硅电子设备结合的植入体。比如,该团队使用丝膜承载微型硅晶体管和LED阵列——这是用于检测疾病标记浓度的植入设备的基础之一。研究者们在小型动物身上进行测试,显示这种设备工作良好,并未带来疤痕或免疫反应。蚕丝会溶解,只留下电路所用的小量硅和其他物质。
  另一款设备使用蚕丝作为金属电极网基板,它可替代植入大脑皮层用于诊断与治疗癫痫等疾病的穗状电极。盐溶液浸泡过的蚕丝会在大脑皮层抱住金属网(甚至探入沟回深处),这样有助于电极更精确地测量神经活动。可能两三年后,蚕丝电极会是该团队在人体测试的第一款设备。
  奥门托预见了更广阔的前景比如,蚕丝光纤可以将光从LED阵列传输到植入式蚕丝传感器,使它改变颜色以标识癌症的复发。这样设备随后可精确释放一定剂量的药物。第二条蚕丝光纤可以传输信息到患者皮肤表面,这样信息可以被手机读取。奥门托说,万事俱备,一旦将它们组装起来,微小的蚕丝将拯救万千生命。
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