加州大學(xué)圣地亞哥分校（UC San Diego）開(kāi)發(fā)的可穿戴光聲傳感貼片有望用于臨床實(shí)踐和研究。

這款可穿戴光聲傳感貼片可以幫助臨床醫(yī)生診斷腫瘤、器官功能障礙等疾病

對(duì)血流和血管進(jìn)行非侵入性成像，是許多生物光子學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)臨床價(jià)值的關(guān)鍵。

調(diào)研顯示，尤其是血紅蛋白分子成像，其所帶來(lái)的影響巨大，該技術(shù)將有助于“分散醫(yī)療，以及將可穿戴技術(shù)應(yīng)用于病患的自我監(jiān)測(cè)”。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，加州大學(xué)圣地亞哥分校（UCSD）的研究人員對(duì)這一課題做出了新的貢獻(xiàn)，他們開(kāi)發(fā)了一種可穿戴電子貼片，能夠監(jiān)測(cè)深層組織中的生物分子，包括血紅蛋白。該研究成果已發(fā)表于近期的Nature Communications。

加州大學(xué)圣地亞哥分校Sheng Xu表示：“血紅蛋白在體內(nèi)的數(shù)量和位置，可以提供有關(guān)血液灌注或特定位置積聚的關(guān)鍵信息。我們開(kāi)發(fā)的可穿戴貼片在密切監(jiān)測(cè)高危人群方面顯示出巨大潛力，有助于在緊急時(shí)刻為病患提供及時(shí)干預(yù)?！?/p>

可穿戴電子貼片結(jié)構(gòu)和工作原理示意圖。該貼片包括VCSEL陣列和壓電式超聲換能器陣列，由蛇形銅電極互連。吸收光能后，紅細(xì)胞中的血紅蛋白分子發(fā)生熱彈性膨脹，并將聲波輻射到周圍介質(zhì)中。然后，超聲換能器陣列收集光聲波，并傳輸?shù)胶蠖讼到y(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

這種貼片基于光聲（PA）傳感技術(shù)，這是一種將血紅蛋白分子暴露于快速激光脈沖，并對(duì)所產(chǎn)生的瞬態(tài)超聲脈沖進(jìn)行成像的技術(shù)。光聲成像作為一種血紅蛋白標(biāo)測(cè)技術(shù)，以及MRI或X射線CT的替代技術(shù)，十多年來(lái)一直是臨床研究的主題。

加州大學(xué)圣地亞哥分校將光聲成像技術(shù)與柔性可穿戴貼片概念相結(jié)合，類似于目前可用的采用電化學(xué)或光學(xué)傳感模式的設(shè)備。特別值得注意的是，該團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是能夠感知深層組織中的分子，這些分子與代謝過(guò)程的相關(guān)性，要強(qiáng)于現(xiàn)有貼片技術(shù)能夠檢測(cè)的表面分子。

深度觸及內(nèi)臟器官，一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)

該貼片集成了24個(gè)高功率850 nm垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）陣列，分四排等間距的排列，并串聯(lián)連接，在VCSEL列之間布置了240個(gè)壓電式超聲換能器。

柔性光聲傳感貼片在不同變形下的光學(xué)照片。中間和右側(cè)圖片中的插圖分別是單個(gè)超聲換能器元件和VCSEL二極管的光學(xué)顯微照片。

據(jù)論文介紹：“由蛇形金屬電極互連的VCSEL二極管和超聲換能器陣列封裝在彈性基體中。高功率VCSEL二極管可以產(chǎn)生穿透2 cm以上生物組織的激光脈沖，并激發(fā)血紅蛋白分子產(chǎn)生聲波?！?/p>

體內(nèi)血管成像和靜脈阻塞試驗(yàn)

在試驗(yàn)中，該貼片被應(yīng)用于組織模型和離體豬組織，然后對(duì)志愿受試者進(jìn)行了測(cè)試，其中深度穿透測(cè)量為1.1 cm。研究團(tuán)隊(duì)表示，在這些深層組織中實(shí)現(xiàn)了具有亞毫米空間分辨率的血紅蛋白三維映射。

未來(lái)進(jìn)一步的研究將包括使用更高功率的VCSEL，因?yàn)闄z測(cè)深度與照明光強(qiáng)度息息相關(guān)。該項(xiàng)目指出，由于人體器官和外部皮膚之間的距離，對(duì)人體心臟進(jìn)行光聲成像仍然“極具挑戰(zhàn)”，但更高功率的光源可以提高對(duì)內(nèi)臟器官區(qū)域的檢測(cè)深度。

加州大學(xué)圣地亞哥分校Xiangjun Chen表示：“持續(xù)監(jiān)測(cè)對(duì)于及時(shí)干預(yù)以防止危及生命的情況惡化至關(guān)重要?；陔娀瘜W(xué)實(shí)現(xiàn)生物分子檢測(cè)的可穿戴器件（不限于血紅蛋白），是長(zhǎng)期可穿戴監(jiān)測(cè)應(yīng)用的理想方案?！?/p>

審核編輯：劉清