柔性傳感器材料樣品圖

科技日報(bào)記者近日從南京理工大學(xué)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(yīng)力變化構(gòu)建的心血管疾病超前預(yù)測和術(shù)后實(shí)時(shí)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(dòng)物臨床醫(yī)學(xué)評價(jià)。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(xué)學(xué)會(huì)-納米材料與器件》上。

新型納米材料實(shí)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(hào)殺手”，血管是否通暢關(guān)系到整個(gè)心血管系統(tǒng)能否正常運(yùn)作。血栓是血流在血管內(nèi)面剝落處或修補(bǔ)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(xì)胞和陷入的紅細(xì)胞組成。

專家稱，心血管疾病的“超前預(yù)測”和“術(shù)后實(shí)時(shí)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(xué)技術(shù)由于缺乏精準(zhǔn)的特異性識(shí)別功能，使心血管疾病的超前預(yù)測和實(shí)時(shí)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(yīng)力的變化構(gòu)建心血管疾病超前預(yù)測和實(shí)時(shí)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(qiáng)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(qiáng)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(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測心血管

基于此，該課題組設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)動(dòng)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(xì)微變化，同時(shí)輸出的壓力信號(hào)更精確，實(shí)時(shí)地反映了病變位置在發(fā)病初期由于組織和細(xì)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(dòng)，但是當(dāng)血管出現(xiàn)了一些組織或者細(xì)胞異化的時(shí)候，那么探測儀上就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)波動(dòng)的信號(hào)，無論它是變大或變小，都是紊亂的，我們一旦探測到這個(gè)紊亂的信號(hào)，與內(nèi)部存儲(chǔ)的信號(hào)不匹配的話，就會(huì)發(fā)出一些警告，表明血管可能出現(xiàn)問題。”馮章啟介紹說。

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(hào)發(fā)射器的引入，醫(yī)護(hù)人員即可在手機(jī)等客戶端對患者的心血管系統(tǒng)的病變情況進(jìn)行實(shí)時(shí)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(gè)電信號(hào)，可以在未來的技術(shù)中，把它改造成用手機(jī)接收的信號(hào)，手機(jī)接收到信號(hào)后，可以把這個(gè)信號(hào)分享給醫(yī)院，這樣就可以做到實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控。”

同時(shí)，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(yīng)力的精準(zhǔn)檢測提供了可參考的新方法，對臨床實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)測量腦顱壓、腎臟壓、眼壓等具有極大的技術(shù)推動(dòng)作用。