侵入人體的電子設(shè)備,你準(zhǔn)備好了嗎

1、侵入人體的電子設(shè)備 ,你準(zhǔn)備好了嗎研究者們想要將人的身體與感應(yīng)器聯(lián)結(jié)一體，收集信 息，改變醫(yī)療的未來。望著人群，約蘭？古斯塔夫松想到的卻是汽車一一現(xiàn)在 的人就像是在流水線上淘汰了好幾十年的老款車。而今天， 古斯塔夫松說，汽車都配備了頂尖的感應(yīng)器、計(jì)算機(jī)和復(fù)雜 的信息交流系統(tǒng)。現(xiàn)代交通工具之所以不會(huì)突然出現(xiàn)災(zāi)難性 的崩潰，就是因?yàn)檫@些系統(tǒng)在尚能輕松解決問題時(shí)就發(fā)出了 警告?！盀槭裁丛谖覀冏约旱纳眢w上卻看不到這樣的景象呢？” 古斯塔夫松思索道。他所在的團(tuán)隊(duì)位于瑞典西斯塔，這家名 為 Acreo 的電子公司和全球許許多多的團(tuán)隊(duì)一樣，同樣致力 于將人的身體和感應(yīng)器聯(lián)結(jié)起來。如果這一景象能夠?qū)崿F(xiàn)， 我們

2、就不會(huì)因?yàn)闄z測(cè)不到一些健康問題，最后去了醫(yī)院就像一輛車在路邊拋錨。這些團(tuán)隊(duì)描繪了這樣一個(gè)未來：人 類的身體和預(yù)警裝置連接起來，就像汽車一樣。古斯塔夫松團(tuán)隊(duì)和瑞典林雪平大學(xué)的研究者們已經(jīng)開 發(fā)出了基于皮膚表層的和植入式的兩種感應(yīng)器，以及一個(gè)體 內(nèi)的內(nèi)聯(lián)網(wǎng)。內(nèi)聯(lián)網(wǎng)能夠在保證隱私的同時(shí)，將身體和不同 的設(shè)備聯(lián)系起來。其他一些團(tuán)隊(duì)正在研發(fā)其他的技術(shù)，比如 能夠感應(yīng)動(dòng)脈硬化的皮膚貼片，以及可以探測(cè)癲癇痙攣并自 動(dòng)釋放藥劑直達(dá)大腦損害部位的裝置。與多數(shù)已經(jīng)在體內(nèi)使用的起搏器和其他電子設(shè)備不同， 新一代的設(shè)備在設(shè)計(jì)上試圖做到與身體組織共同運(yùn)行，而不 是相互分離。但是要使它們成為一體并不是件容易的事，特 別是

3、對(duì)材料科學(xué)家們來說。他們必須將電路急劇地縮小，做 出柔軟的、可拉伸的、不被身體感應(yīng)到的電子裝置，還要想 到創(chuàng)新的方法，在身體內(nèi)做出與外界系統(tǒng)聯(lián)結(jié)的端口。要想 使這些設(shè)備夜以繼日地監(jiān)測(cè)并治療身體，還要求新的供電方 式和新的信息傳送方式。如此，古斯塔夫松的愿景才有可能 實(shí)現(xiàn)。不過，這個(gè)項(xiàng)目改善當(dāng)前醫(yī)療衛(wèi)生狀況并降低醫(yī)療成本 的潛力，依然吸引了研究者和醫(yī)生們前來接受這個(gè)挑戰(zhàn)。伊 利諾伊大學(xué)厄巴納香檳分校材料科學(xué)家約翰?羅杰斯說：“我還沒見到任何一個(gè)臨床學(xué)的人說， 這跟天上掉餡餅一 樣沒著落，二十年以后再來找我吧！ 相反，他們都說， 天 啊，那聽起來真炫酷。我們現(xiàn)在有三種方式可以利用它，所 以我們什么

4、時(shí)候開始合作？ ”羅杰斯還說，和身體交織在一起的感應(yīng)器可以說是智能 手機(jī)和可穿戴設(shè)備的自然延伸。 “我認(rèn)為電子設(shè)備正在朝我 們走來，距離我們?cè)絹碓浇?。我認(rèn)為這讓我們很自然地想象 到它們最終將會(huì)和我們的身體緊密地成為一體。 ”要超越可穿戴設(shè)備，第一步是在皮膚上直接安裝無線感 應(yīng)器。這些感應(yīng)器可以從皮膚上獲取一系列的體征信息，包 括溫度、脈搏和呼吸頻率等。 “不幸的是，作為生物，我們 的身體會(huì)彎曲拉伸，還會(huì)膨脹， ”羅杰斯說，“這意味著用僵 硬的硅晶片電子元件來做的傳統(tǒng)感應(yīng)器是一個(gè)糟糕的選擇。羅杰斯的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種“表皮電子元件” 。這種裝滿 感應(yīng)器的粘貼式膜片非常靈活，可以生物降解，使用者幾乎

5、感覺不到它的存在，像貼著一次性紋身一樣。這些膜片使用普通的硅電子組件，使用一個(gè)橡皮印章就 可以印成柔軟的薄薄一層。這些補(bǔ)丁膜片從附近的磁場(chǎng)或者 無線電波中獲得電源， 并使用可以拉伸、 扭動(dòng)或彎曲的 “ S” 狀電線與天線。 “它們采用了波浪式的幾何形態(tài)，所以當(dāng)你 拉伸的時(shí)候，這個(gè)波浪形狀電線就會(huì)像手風(fēng)琴風(fēng)箱一樣變 化。”羅杰斯介紹說。羅杰斯同時(shí)是一家叫 MC10 的子公司的共同創(chuàng)始人。這 個(gè)公司位于麻省列克星敦，將推廣一種臨時(shí)性的貼片，可以 測(cè)量心電活動(dòng)、 水合活動(dòng)、 身體溫度和對(duì)紫外線的暴露程度。 這一貼片首先會(huì)出現(xiàn)在消費(fèi)市場(chǎng)，羅杰斯說，他最終的目標(biāo) 是醫(yī)療系統(tǒng)。這種貼片正在厄巴納的卡爾基金

6、會(huì)醫(yī)院進(jìn)行臨床試驗(yàn)， 用來對(duì)新生兒重癥監(jiān)護(hù)病房里新生兒的生命體征進(jìn)行監(jiān)測(cè)， 擺脫讓人不勝其煩的電線和掃描器，結(jié)果很快就會(huì)出來。MC10也在和布魯塞爾的一家制藥公司UCB合作，測(cè)試另一種貼片。這種貼片能夠監(jiān)測(cè)帕金森綜合癥患者的震顫情況， 并跟蹤他們的病情與服藥情況。在東京大學(xué)，工程師染谷隆夫也已經(jīng)研制出一種承載感 應(yīng)元件的電子皮膚，還可以做成更大的尺寸。他最近做出的 膜片只有 1 微米厚，輕到能夠像羽毛一樣飄浮，卻又非常強(qiáng) 韌，能夠從容應(yīng)對(duì)身體拉伸和膝部與肘部運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的皺褶。 它能提供溫度（傷口部位的溫度可表示著感染的可能性） 、 濕度、脈搏與血液氧濃度的數(shù)據(jù)。染谷隆夫能做到這點(diǎn)是因?yàn)樗苯尤?/p>

7、掉了硅電子的那 一套，使用十分柔軟的有機(jī)碳基聚合物和其他材料。這些有 機(jī)電路能直接被打印在一張塑料膠片上，這讓大量生產(chǎn)變得 便宜又簡(jiǎn)單。不僅如此，它在高溫和潮濕的環(huán)境下也能正常 工作。這種皮膚模式也激發(fā)了斯坦福大學(xué)工程師鮑哲楠的靈 感。她的團(tuán)隊(duì)制作出一種非常薄的壓力傳感器，用兩張電子 膠片將微米級(jí)的橡膠金字塔像三明治一樣夾住。即使是一絲 輕觸也會(huì)擠壓這些金字塔的頂端，帶來兩張膠片之間電流的 改變。這些傳感器能夠用于監(jiān)測(cè)動(dòng)脈的壓力波的速率。這樣就 能暴露出血管硬度是否增加， 預(yù)測(cè)可能的心臟病突發(fā)。 去年， 美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)了一個(gè)能內(nèi)置于高危心臟病 患者心臟內(nèi)的無線壓力感應(yīng)裝置。要知道，

8、鮑式裝置在皮膚 表面就能完成類似的工作。一些研究者的目標(biāo)仍然是更深入身體，對(duì)他們來說，靈 活性和生物相容性變得更為重要。一般情況下，一個(gè)感應(yīng)器 和心臟或大腦等活動(dòng)器官產(chǎn)生摩擦，身體就會(huì)迅速形成一道 疤痕組織墻包圍這些器官。而且，如果感應(yīng)器隨器官產(chǎn)生相 對(duì)運(yùn)動(dòng)，其結(jié)果無論如何也不會(huì)可靠。另一個(gè)難點(diǎn)是，任何電子設(shè)備都會(huì)因?yàn)殡娫磫栴}而受到 限制。處在皮膚上或皮膚附近的設(shè)備能夠通過天線進(jìn)行無線 充電，只要周圍有電源。但處在身體深部的設(shè)備就只能依靠 電池了，而電池通常又是一大坨，還得不時(shí)更換。亞特蘭大佐治亞理工學(xué)院的納米科學(xué)家王中林在過去 十年曾試圖想辦法收集人在走路，甚至在呼吸時(shí)產(chǎn)生的微量 機(jī)械能。王中林最新的設(shè)計(jì)利用靜電將我們呼吸的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成 電能，以驅(qū)動(dòng)起搏器。 這個(gè)發(fā)電機(jī)使用了兩個(gè)不同的復(fù)合面， 這兩個(gè)面被夾在電極之間并與電路相連。當(dāng)使用者呼吸的時(shí)候，兩個(gè)復(fù)合面不斷接觸