侵入人體的電子設備,你準備好了嗎

1、侵入人體的電子設備 ,你準備好了嗎研究者們想要將人的身體與感應器聯(lián)結一體，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器、計算機和復雜 的信息交流系統(tǒng)?，F(xiàn)代交通工具之所以不會突然出現(xiàn)災難性 的崩潰，就是因為這些系統(tǒng)在尚能輕松解決問題時就發(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。他所在的團隊位于瑞典西斯塔，這家名 為 Acreo 的電子公司和全球許許多多的團隊一樣，同樣致力 于將人的身體和感應器聯(lián)結起來。如果這一景象能夠實現(xiàn)， 我們

2、就不會因為檢測不到一些健康問題，最后去了醫(yī)院就像一輛車在路邊拋錨。這些團隊描繪了這樣一個未來：人 類的身體和預警裝置連接起來，就像汽車一樣。古斯塔夫松團隊和瑞典林雪平大學的研究者們已經開 發(fā)出了基于皮膚表層的和植入式的兩種感應器，以及一個體 內的內聯(lián)網。內聯(lián)網能夠在保證隱私的同時，將身體和不同 的設備聯(lián)系起來。其他一些團隊正在研發(fā)其他的技術，比如 能夠感應動脈硬化的皮膚貼片，以及可以探測癲癇痙攣并自 動釋放藥劑直達大腦損害部位的裝置。與多數(shù)已經在體內使用的起搏器和其他電子設備不同， 新一代的設備在設計上試圖做到與身體組織共同運行，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、對材料科學家們來說。他們必須將電路急劇地縮小，做 出柔軟的、可拉伸的、不被身體感應到的電子裝置，還要想 到創(chuàng)新的方法，在身體內做出與外界系統(tǒng)聯(lián)結的端口。要想 使這些設備夜以繼日地監(jiān)測并治療身體，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 實現(xiàn)。不過，這個項目改善當前醫(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)生們前來接受這個挑戰(zhàn)。伊 利諾伊大學厄巴納香檳分校材料科學家約翰?羅杰斯說：“我還沒見到任何一個臨床學的人說， 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、時候開始合作？ ”羅杰斯還說，和身體交織在一起的感應器可以說是智能 手機和可穿戴設備的自然延伸。 “我認為電子設備正在朝我 們走來，距離我們越來越近。我認為這讓我們很自然地想象 到它們最終將會和我們的身體緊密地成為一體。 ”要超越可穿戴設備，第一步是在皮膚上直接安裝無線感 應器。這些感應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 的身體會彎曲拉伸，還會膨脹， ”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)感應器是一個糟糕的選擇。羅杰斯的團隊開發(fā)了一種“表皮電子元件” 。這種裝滿 感應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，使用一個橡皮印章就 可以印成柔軟的薄薄一層。這些補丁膜片從附近的磁場或者 無線電波中獲得電源， 并使用可以拉伸、 扭動或彎曲的 “ S” 狀電線與天線。 “它們采用了波浪式的幾何形態(tài)，所以當你 拉伸的時候，這個波浪形狀電線就會像手風琴風箱一樣變 化。”羅杰斯介紹說。羅杰斯同時是一家叫 MC10 的子公司的共同創(chuàng)始人。這 個公司位于麻省列克星敦，將推廣一種臨時性的貼片，可以 測量心電活動、 水合活動、 身體溫度和對紫外線的暴露程度。 這一貼片首先會出現(xiàn)在消費市場，羅杰斯說，他最終的目標 是醫(yī)療系統(tǒng)。這種貼片正在厄巴納的卡爾基金

6、會醫(yī)院進行臨床試驗， 用來對新生兒重癥監(jiān)護病房里新生兒的生命體征進行監(jiān)測， 擺脫讓人不勝其煩的電線和掃描器，結果很快就會出來。MC10也在和布魯塞爾的一家制藥公司UCB合作，測試另一種貼片。這種貼片能夠監(jiān)測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，工程師染谷隆夫也已經研制出一種承載感 應元件的電子皮膚，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 韌，能夠從容應對身體拉伸和膝部與肘部運動所產生的皺褶。 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是因為他直接扔

7、掉了硅電子的那 一套，使用十分柔軟的有機碳基聚合物和其他材料。這些有 機電路能直接被打印在一張塑料膠片上，這讓大量生產變得 便宜又簡單。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)了斯坦福大學工程師鮑哲楠的靈 感。她的團隊制作出一種非常薄的壓力傳感器，用兩張電子 膠片將微米級的橡膠金字塔像三明治一樣夾住。即使是一絲 輕觸也會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)測動脈的壓力波的速率。這樣就 能暴露出血管硬度是否增加， 預測可能的心臟病突發(fā)。 去年， 美國食品藥品監(jiān)督管理局批準了一個能內置于高危心臟病 患者心臟內的無線壓力感應裝置。要知道，

8、鮑式裝置在皮膚 表面就能完成類似的工作。一些研究者的目標仍然是更深入身體，對他們來說，靈 活性和生物相容性變得更為重要。一般情況下，一個感應器 和心臟或大腦等活動器官產生摩擦，身體就會迅速形成一道 疤痕組織墻包圍這些器官。而且，如果感應器隨器官產生相 對運動，其結果無論如何也不會可靠。另一個難點是，任何電子設備都會因為電源問題而受到 限制。處在皮膚上或皮膚附近的設備能夠通過天線進行無線 充電，只要周圍有電源。但處在身體深部的設備就只能依靠 電池了，而電池通常又是一大坨，還得不時更換。亞特蘭大佐治亞理工學院的納米科學家王中林在過去 十年曾試圖想辦法收集人在走路，甚至在呼吸時產生的微量 機械能。王中林最新的設計利用靜電將我們呼吸的動能轉化成 電能，以驅動起搏器。 這個發(fā)電機使用了兩個不同的復合面， 這兩個面被夾在電極之間并與電路相連。當使用者呼吸的時候，兩個復合面不斷接觸