新型电子贴片可以监测深层组织中的生物分子

加州大学圣地亚哥分校的一组工程师开发了一种电子贴片，可以监测深层组织中的生物分子，包括血红蛋白。这为医疗专业人员提供了前所未有的获取关键信息的途径，这些信息可以帮助发现危及生命的疾病，如恶性肿瘤、器官功能障碍、脑出血或肠道出血等。

体内血红蛋白的数量和位置提供了有关血液灌注或特定位置积聚的关键信息。我们的设备在密切监测高危人群方面显示出巨大潜力，能够在紧急时刻及时干预。”

该论文“用于血红蛋白和核心温度三维成像的光声贴片”发表在2022年12月15日的《自然通讯》杂志上。

体内低血液灌注可能导致严重的器官功能障碍，并与一系列疾病有关，包括心脏病发作和四肢血管疾病。同时，脑部、腹部或囊肿等部位的异常血液积聚，提示脑出血或内脏出血或恶性肿瘤。持续监测可以帮助诊断这些情况，并有助于及时采取可能挽救生命的干预措施。

新传感器克服了现有生物分子监测方法的一些重大局限性。磁共振成像(MRI)和X射线计算机断层扫描依赖于笨重的设备，这些设备很难获得，而且通常只能提供有关分子即时状态的信息，这使得它们不适合长期的生物分子监测。

“持续监测对于及时干预以防止危及生命的情况迅速恶化至关重要，”Xu小组的纳米工程博士生和研究合著者陈向军说。“基于电化学的可穿戴设备用于生物分子检测，不仅限于血红蛋白，是长期可穿戴监测应用的良好候选者。但是，现有技术仅实现了皮肤表面检测的能力。”

这种新型、灵活、外形小巧的可穿戴贴片可以舒适地贴在皮肤上，可以进行无创长期监测。它可以在深层组织中以亚毫米空间分辨率对血红蛋白进行三维映射，精确到皮肤以下几厘米，而其他可穿戴电化学设备只能感知皮肤表面的生物分子。它可以实现与其他组织的高对比度。由于其光学选择性，它可以扩大可检测分子的范围，集成具有不同波长的不同激光二极管，以及其潜在的临床应用。

该贴片在其柔软的有机硅聚合物基质中配备了激光二极管阵列和压电换能器。激光二极管将脉冲激光发射到组织中。组织中的生物分子吸收光能，并将声波辐射到周围介质中。

“压电换能器接收声波，声波在电气系统中进行处理，以重建波发射生物分子的空间映射，”徐实验室的博士后研究员、该研究的合著者高晓翔说。

“凭借其低功率激光脉冲，它也比具有电离辐射的X射线技术安全得多，”Xu小组的博士后研究员和研究合著者HongjieHu说。

基于目前的成功，该团队计划进一步开发该设备，包括将后端控制系统缩小为用于激光二极管驱动和数据采集的便携式设备，从而大大扩展其灵活性和潜在的临床实用性。

他们还计划探索可穿戴设备在核心温度监测方面的潜力。“因为光声信号幅度与温度成正比，我们已经在离体实验中展示了核心温度监测，”徐说。“但是，验证人体核心温度监测需要介入校准。”

他们正在继续与医生合作，以寻求更多潜在的临床应用。