植入式電子器械可以遠程監(jiān)測與患者健康相關的生理活動，因而成為最具前景的醫(yī)療技術之一。過去十年來，盡管研究人員開發(fā)了各種各樣的植入式器械，但是現(xiàn)有技術仍存在很多局限性，限制了它們在臨床環(huán)境中的廣泛應用。

阻礙現(xiàn)有植入式醫(yī)療器械大規(guī)模應用的首要因素，是這些裝置與人體中大多數(shù)器官/組織之間的結構不匹配，因為這些器官/組織通常具有復雜的一維或三維結構；另外，實踐已經(jīng)證明，將柔性電子器件可靠地固定在運動或跳動的人體器官上仍極具挑戰(zhàn)。

韓國大邱慶博科學技術研究所（Daegu-Gyeongbuk Institute of Science & Technology， DGIST）和ETH Zürich的研究人員最近開發(fā)了一種無線纖維應力傳感器，可以克服現(xiàn)有植入式電子器件的局限性。這款無線纖維應力傳感器由一個電容式纖維應力傳感器和一個用于無線讀出的感應線圈組成，該研究成果已發(fā)表于Nature Electronics。

“這項研究的主要目標是克服現(xiàn)有植入電子器械在實際應用中的局限性。”該項目研究人員之一Jaehong Lee表示，“為此，我們開發(fā)了一種可縫合纖維制成的植入式無線應力傳感器，顯著改善了現(xiàn)有平面型植入器械與器官/組織的結構不匹配和固定問題?！?/p>

Lee及其同事開發(fā)的這款應力傳感器由兩個導電纖維電極組成，電極位于空心的雙螺旋結構中。當對兩根纖維電極施加應力時，它們會被拉伸從而改變傳感器的電容特性。

纖維應力傳感器的工作機理

“我們可以無線測量傳感器電容的變化以監(jiān)測施加的應力?！盠ee解釋說，“基于傳感器中的空心芯層，雙螺旋導電纖維可以在應力下快速拉伸，實現(xiàn)了比現(xiàn)有電容式應力傳感器更高的靈敏度。更重要的是，這款應力傳感器可以基于其獨特的結構優(yōu)勢，直接縫合到目標組織或器官上，從而提供長時間的穩(wěn)定固定?！?/p>

研究人員通過一系列的數(shù)學分析和模擬對這款植入式傳感器進行了評估，結果證明這款器件的性能非常好。此外，其性能可以調制，或根據(jù)特定應用需求進行適配。

這款可縫合纖維應力傳感器能夠克服現(xiàn)有植入式器械的主要實際限制，即結構不匹配和穩(wěn)定固定。事實上，與過去開發(fā)的其他解決方案相比，這種新器械可以直接縫合到目標組織或器官上。

未來，這項最新研究將有助于開發(fā)更有效、更可靠的植入式電子器械來監(jiān)測人體內特定的生物力學信號。例如，這種應力傳感器可以用于監(jiān)測個性化康復矯形應用，以及運動相關的生物力學信息。

“據(jù)我們所知，這是第一次展示了可縫合電子系統(tǒng)在生物醫(yī)學上的應用，我們相信這將是植入式電子器械臨床應用的一大進步?！盠ee說，“接下來，這種傳感系統(tǒng)將會是生物可吸收的，以避免在使用后需要第二次手術移除。因此，我們現(xiàn)在正在開發(fā)完全生物可吸收的纖維應力傳感器版本?！?/p>

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