美研究者創造可延展無線傳感器，助力監測腦動脈瘤愈合

　　一種小到足以植入人腦血管的無線傳感器，可幫助臨床醫生評估動脈瘤的愈合情況，如果動脈瘤創口破裂，將會致人死亡或使人腦受到嚴重傷害。這種可延展傳感器無需電池就能工作，還能將它植入血管支架或分流器周圍，以控制受動脈瘤影響的血管中的血流。

　　為了降低成本并加快制造速度，這種可延展傳感器的制造采用了氣溶膠噴射3D打印技術，以實現在彈性襯底上生長導電銀線。3D增材制造技術可以在一個步驟中完成生產非常小的電子功能器件，而無需在潔凈室中使用傳統多步驟光刻工藝。該器件被認為是利用氣溶膠噴射3D打印的首個用于制造可植入且可延展無線監測傳感系統的樣例。

　　佐治亞理工學院機械工程系（The George W. Woodruff School of Mechanical Engineering， Georgia Tech）和佐治亞理工學院與埃默里大學合辦的生物醫學工程系（Wallace H. Coulter Department of Biomedical Engineering at Georgia Tech and Emory University）的助理教授Woon-Hong Yeo認為：“我們傳感器的精妙之處在于，它可無縫集成到臨床醫生已在使用的現有支架或血流分流器上來幫助治療動脈瘤。我們可以用它來測量流入動脈瘤囊的血液流量，以確定動脈瘤的愈合情況，并在血液流量發生變化時提醒醫生。”

　　這項研究使用導管系統植入傳感器，該傳感器將利用信號的感應耦合，實現對仿生腦動脈瘤血流動力學的無線探測。本研究于8月7日發表在Advanced Science雜志上。

　　目前，監測腦動脈瘤需要使用可能具有有害副作用的造影劑重復進行血管造影成像。由于成本和潛在的負面影響，必須限制使用成像技術的次數。然而，放置在血管中的這種傳感器可在不使用成像染料的情況下進行更頻繁地評估。

　　“對于已經做過手術的病人來說，我們將能在無需任何成像工具的情況下判斷動脈瘤是否堵塞，”Yeo說，“我們還可以精確地探測血液流量，最小可探測到每秒0.05米的微小變化。”

　　該六層結構的傳感器由生物相容性的聚酰亞胺以及銀納米顆粒、電介質和柔性聚合物封裝材料形成的兩層獨立的網狀結構共同制成。傳感器將被纏繞在支架或分流器周圍，為了匹配血管，其直徑必須小于2或3毫米。

　　該傳感器包含一個用于從身體外部的另一個線圈接收電磁能量的線圈。血流經過植入傳感器會改變其電容，從而改變經過傳感器傳輸到位于身體外部的第三個線圈的信號。實驗中，Yeo和同事測量了植入一塊肉中6厘米深處的傳感器的電容變化，以模擬腦組織。

　　“實驗表明，血液流量與我們可測量的電容變化形成了很好的相關性，”Yeo說，“我們將傳感器制造的非常薄且可變形，因此它就可以對血液流量的微小變化做出反應。”

　　氣溶膠噴射3D打印技術的使用，對于生產傳感器所必需的可延展且靈活的電子器件至關重要。該技術使用噴霧顆粒來創建圖形，因此可以打印比傳統噴墨打印更小的特征尺寸。

　　Yeo說：“我們可以控制打印速度、打印寬度以及噴射的材料量。可對每種材料的參數進行優化，我們還可以使用粘度范圍更廣的材料。”

　　由于該傳感器可在無需昂貴的潔凈室設備的情況下一步完成制造，因此能夠以更低的成本完成大批量的器件生產。

　　動脈瘤傳感器下一階段將發展為可測量血管內的血壓和流速。Yeo解釋說：“我們將能夠測量壓力對流量變化的影響。這將使該器件可用于如顱內壓測量等其他應用。”

　　Yeo的研究團隊還開發了一種柔性可穿戴健康監測器，能夠提供心電圖（ECG）和其他信息。他說，監測技術的成功證明了基于納米材料、可延展結構以及機器學習算法的智能無線連接柔性電子技術的巨大潛力。

　　Yeo最后補充道：“我們很高興看到人們目前認識到了這項技術的潛力，未來會有很多機會將這種傳感機制整合到可植入人體的各種超薄薄膜中。”