科学家开发瓢虫大小的植入物 可追踪身体深层组织的氧气水平

据外媒报道，电子技术、传感器技术和无线通信的进步正在融合，为从内部监测人体开辟了一些令人兴奋的可能性，从跟踪骨科植入物状态的传感器到工作完成后就会溶解的气体检测设备。加州大学伯克利分校的工程师们已经展示了这种技术的新形式，可以用来检测深层组织中的氧气水平，希望它能成为追踪移植器官健康状况的工具，以及被应用于其他方面。

开发这种微小的无线植入物是为了填补目前测量体内组织含氧量的方法中的一个漏洞，其中一些方法涉及使用电磁波收集信息，但只能穿透皮下几厘米。磁共振成像是另一种测量深层组织含氧量的方法，但需要一定的时间来执行，而且无法提供实时结果。

该团队的新植入物比瓢虫还要小，它实际上是建立在早期创造的一种名为 "神经尘埃 "的基础上，这是一种微小的无线植入物，只有一粒沙子大小，可以实时跟踪神经信号和肌肉活动。它通过检测神经电活动中的电压峰值，并通过超声波将其传递给外部设备。最近的一个版本被称为StimDust，能够实际刺激神经，作为一种潜在的治疗慢性疼痛和癫痫的方法。

新的植入物长4.5毫米，宽3毫米，包含一个氧感应薄膜、一个微型LED和一个光学过滤器，它们一起工作，以测量周围组织的含氧量。这种传感器通过一个集成电路进行控制，输出一个根据氧含量变化的电子信号。压电晶体将这些电子信号转换成超声波，然后通过活体组织传送到外部设备。

“测量身体深处的东西非常困难，”加州大学伯克利分校电子工程和计算机科学教授Michel Maharbiz说。"该设备展示了如何使用超声波技术加上非常聪明的集成电路设计，你可以创建复杂的植入物，深入到组织中，从器官中获取数据。"

该研究的作者在活羊身上演示了该设备，并认为它在儿科护理方面具有潜力，早产儿可以植入它，以确保他们被给予正确的补充氧气量。其他的可能性包括监测移植器官的健康状况，甚至改善癌症治疗。

“这种设备的一个潜在应用是监测器官移植，因为在器官移植后的几个月内，可能会发生血管并发症，这些并发症可能会导致移植功能障碍，”研究作者Soner Sonmezoglu说。“它也可以用来测量肿瘤缺氧，这可以帮助医生指导癌症放射治疗。”

科学家们希望进一步改进该装置，既要使其能够在体内长期存在，又要使其体积更小，这将使植入更简单。其他的可能性还包括调整传感器的设计，以追踪体内的其他生物化学成分。

“只要改变我们为氧气传感器构建的这个平台，你就可以修改设备来测量，例如，pH值，活性氧物种，葡萄糖或二氧化碳，”Sonmezoglu说。“此外，如果我们能够修改包装，使其更小，你可以想象能够用针头注射到体内，或者通过腹腔镜手术，使植入更容易。”

该研究发表在《自然生物技术》杂志上。