在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中，有很多方法可以檢查身體。比如，通過測心率和血壓來評估心臟機(jī)能;通過驗(yàn)血檢測鐵含量來診斷是否貧血。但醫(yī)學(xué)的監(jiān)測手段遠(yuǎn)沒有做到無孔不入。

肌肉與髖關(guān)節(jié)的診斷往往很復(fù)雜，而且價格不菲。而且，人一旦意識到這些部位有所不適，往往為時已晚。較深的傷口與手術(shù)內(nèi)切口情況也是如此。

薩米爾·松庫西爾(Sameer Sonkusale)在塔夫茨大學(xué)(Tufts University)工程實(shí)驗(yàn)室時就曾考慮過，是否有可能發(fā)明這樣一種傳感器，它可以無縫植入人體，并且能在體外接收到實(shí)時監(jiān)控信息。如果可能，那么首先它不能引發(fā)感染或機(jī)體免疫反應(yīng)。同時，這種傳感器在嵌入之后還不能影響組織的正常機(jī)能，比如肌肉的拉伸性。如果這種傳感器還能量產(chǎn)，而且價格不貴，那就再好不過了。

浸入納米材料的傳感線頭可以監(jiān)測人體機(jī)能

薩米爾從傳感器的材料開始研究，最終發(fā)現(xiàn)了一種理想候選物——線，就是衣服紡織線那種。線有很多優(yōu)點(diǎn)，它廉價、便于制造又無處不在。而且線還富有柔性與張力，機(jī)體對某些材料的線還沒有排斥反應(yīng)。另外，經(jīng)常縫合傷口的醫(yī)生操控起線來也是游刃有余。那么，如果我們能夠把傳感器嵌入細(xì)線之中會怎樣呢?

尋找傳感器

現(xiàn)今的醫(yī)學(xué)傳感器都是平面型的，并且是剛性的，這就導(dǎo)致它們無法監(jiān)測皮膚等組織。但很多器官和組織都是三維的多層生物結(jié)構(gòu)。監(jiān)測這些組織就需要線這樣的傳感器。

用浸有液體的細(xì)線縫合傷口

納米材料可以是有機(jī)的也可以是無機(jī)的，可以具有生物活性也可以是惰性的，它還可以被設(shè)計(jì)成具有某些物理化學(xué)特性的醫(yī)學(xué)傳感器，比如，多樣性的碳納米管。它的導(dǎo)電性是可以定制的，也正因如此，碳納米管正逐漸成為新一代傳感器和晶體管的基體材料。此外，碳納米管還可以監(jiān)測DNA和蛋白質(zhì)單分子。有機(jī)納米聚苯胺同樣有廣泛應(yīng)用，它最顯著的特性就是其導(dǎo)電性取決于環(huán)境的酸堿度。

用途廣泛

除了感應(yīng)能力，很多材料的線頭還有一個有用特性：芯吸。它可以利用毛細(xì)效應(yīng)疏導(dǎo)液體，跟燈芯輸運(yùn)液蠟維持火焰是一個道理。

棉線可以將細(xì)胞間隙的液體輸運(yùn)到體內(nèi)各處的傳感線頭。傳感線頭將電信號傳遞給皮膚外表的一個裝有紐扣電池和小天線的彈性裝置。該裝置將信號放大并且數(shù)字化，最后將信號無線傳輸給智能手機(jī)等設(shè)備。

這種小型化的傳輸-感應(yīng)-發(fā)射系統(tǒng)的電力，僅需皮膚表面的一塊小電池就能供應(yīng)，或者不用電池，僅僅依靠患者血液內(nèi)的葡萄糖來供應(yīng)能量。這樣，醫(yī)生就可以持續(xù)地對患者的健康狀況進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。

這種集成化的無線監(jiān)控系統(tǒng)有很多優(yōu)勢。首先，患者更自由了，沒必要非得住院。其次，實(shí)時收集的數(shù)據(jù)為醫(yī)生提供了更準(zhǔn)確的參考信息。另外，它還降低了醫(yī)療成本。

目前，納米浸入式線頭已經(jīng)在無菌實(shí)驗(yàn)室中對嚙齒類動物進(jìn)行了試驗(yàn)。下一步要做的是對動物做進(jìn)一步試驗(yàn)，以檢驗(yàn)傳感線頭在活體組織內(nèi)的長期表現(xiàn)。之后，我們會對人體組織進(jìn)行試驗(yàn)。

線頭有很廣泛的應(yīng)用前景，薩米爾現(xiàn)在正在做更深入的研究。糖尿病患者的傷口有難以愈合的風(fēng)險，這可能會導(dǎo)致感染，甚至截肢。用傳感線頭縫合則可以讓醫(yī)生在早期就發(fā)現(xiàn)問題，并及時做出反應(yīng)以防止病情進(jìn)一步惡化。傳感線頭還可以做成繃帶、傷口敷料甚至醫(yī)院床單，它可以在病情失控前就發(fā)出預(yù)警。

傳感線頭

薩米爾研制傳感線頭的工作始于棉線——將普通線頭浸入含有不同納米材料的液體，然后迅速將其烘干。這些線頭的性能取決于溶液中納米材料的特性。

比如，將具有碳納米管和硅涂層的柔性橡膠纖維制作成傳感線頭，它就可以檢測物理應(yīng)力。當(dāng)這種傳感線頭受到拉伸時，它的導(dǎo)電性就會改變，我們就能夠在機(jī)體外部檢測到這種變化。把它植入人體，它就可以用來監(jiān)測傷口愈合和肌肉拉傷狀況。當(dāng)有異常應(yīng)變發(fā)生時，說明傷口在緩慢愈合，或者裝置放置不當(dāng)。這就可以及時提醒醫(yī)生和患者做出相應(yīng)調(diào)整。

將一根線頭涂覆碳納米管和聚苯胺納米纖維，另一根涂覆銀和氯化銀，檢測兩根線頭間的電流強(qiáng)度可以檢測組織酸度，這是判斷傷口是否受感染的重要依據(jù)。

葡萄糖氧化酶跟葡萄糖反應(yīng)會產(chǎn)生電信號，因此涂覆葡萄糖氧化酶的傳感線頭就可以監(jiān)測人體血糖水平。同樣的道理，在導(dǎo)電線頭中涂覆其他一些納米材料還可以監(jiān)測血液中的鈉、鉀含量，它們是血液代謝的標(biāo)志物。

用物理化學(xué)方法做成的智能線頭可以將檢測信息傳送到皮膚表面的發(fā)射器上