侵入人體的電子設備，你準備好了嗎？

小蟲

研究者們想要將人的身體與感應器聯結一體，收集信息，改變醫療的未來。

望著人群，約蘭·古斯塔夫松想到的卻是汽車——現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。現代交通工具之所以不會突然出現災難性的崩潰，就是因為這些系統在尚能輕松解決問題時就發出了警告。

“為什么在我們自己的身體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結起來。如果這一景象能夠實現，我們就不會因為檢測不到一些健康問題，最后去了醫院——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網。內聯網能夠在保證隱私的同時，將身體和不同的設備聯系起來。其他一些團隊正在研發其他的技術，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，還要想到創新的方法，在身體內做出與外界系統聯結的端口。要想使這些設備夜以繼日地監測并治療身體，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。

不過，這個項目改善當前醫療衛生狀況并降低醫療成本的潛力，依然吸引了研究者和醫生們前來接受這個挑戰。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。我們現在有三種方式可以利用它，所以我們什么時候開始合作？”

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感應器是一個糟糕的選擇。”

羅杰斯的團隊開發了一種“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，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在消費市場，羅杰斯說，他最終的目標是醫療系統。

這種貼片正在厄巴納的卡爾基金會醫院進行臨床試驗，用來對新生兒重癥監護病房里新生兒的生命體征進行監測，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據。

染谷隆夫能做到這點是因為他直接扔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境下也能正常工作。

這種皮膚模式也激發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。去年，美國食品藥品監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，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分離，交換電子——就像用羊毛布摩擦氣球所產生的效果一樣。這樣，積聚的電荷創造了線路里的電流。 “呼氣吸氣，往前往后，蹲下站起，你都在發電”，王中林說。

從2014年起，王中林開始在大鼠身上測試該系統，并通過這個幾張紙厚的設備得到了毫瓦的電力。

（摘自《中國青年》）