電力控制著人體的大部分功能:想想神經元的放電和心臟傳輸的電流。然而,歷史上醫學上用於監測和調節基本活動的電極,由於其僵硬、體積大且對水敏感,因此在生物學上是不相容的。
現在,科學家們正在為柔性、可拉伸和防水的電路和電極設定新標準,這些電路和電極模仿人體組織的特性。這些新方法還可以更自然、更輕鬆地監測和控制生物電活動。伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的材料科學家約翰·A·羅傑斯開發了一種技術,用化學蝕刻劑將矽晶片或LED薄片切開。然後,為了使它們既有彈性又靈活,他將它們彎曲成波浪狀,並將它們連線到橡膠平臺上。最後,羅傑斯用聚合物封裝它們,使其防水。由此產生的電極“可以像保鮮膜一樣包裹在組織表面,”他說。
他最近使用這項技術開發了一種治療心房顫動的工具,心房顫動是一種影響兩百萬美國人的心律失常。這項研究發表在3月份的《自然·材料》(Nature Materials)(自然出版集團旗下期刊,該集團也擁有《大眾科學》)。為了確定心律失常的位置,外科醫生通常會將一根裝有單個電極的導管插入靜脈,並引導其到達心臟。在那裡,它會追蹤電活動,這個過程可能需要長達一個小時。最後,他們用另一根導管透過燒灼功能失調的組織來修復心律失常。
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羅傑斯說:“一次使用大量電極進行測量將是一個真正的優勢。而且,如果您可以在此基礎上增加測量其他事物的能力,那將是獨一無二的。”羅傑斯和他的同事們剛剛成立了一家初創公司來將這項技術商業化,他們計劃在九個月內開始人體測試。
波士頓退伍軍人醫療保健系統電生理學副主任、心臟病專家馬修·雷諾茲說:“一次使用大量電極進行測量將是一個真正的優勢。而且,如果您可以在此基礎上增加測量其他事物的能力,那將是獨一無二的。”羅傑斯和他的同事們剛剛成立了一家初創公司來將這項技術商業化,他們計劃在九個月內開始人體測試。
羅傑斯現在正將注意力轉向醫學的其他領域。在他剛剛提交發表的一項工作中,羅傑斯使用類似塑膠薄膜的電極片來精確定位嚴重癲癇患者大腦中引起癲癇發作的區域。與目前的技術相比,他能夠即時收集資料,覆蓋更大的表面積,並提高靈敏度。他還致力於開發皮膚裝置,用於監測運動或軍事應用中的體溫、脈搏率和血氧飽和度。他希望這些裝置能夠與身體完美融合,以至於完全不被察覺,就像第二層皮膚一樣。