侵入人體的電子設(shè)備，你準(zhǔn)備好了嗎？

小蟲

研究者們想要將人的身體與感應(yīng)器聯(lián)結(jié)一體，收集信息，改變醫(yī)療的未來。

望著人群，約蘭·古斯塔夫松想到的卻是汽車——現(xiàn)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(yīng)器、計(jì)算機(jī)和復(fù)雜的信息交流系統(tǒng)。現(xiàn)代交通工具之所以不會(huì)突然出現(xiàn)災(zāi)難性的崩潰，就是因?yàn)檫@些系統(tǒng)在尚能輕松解決問題時(shí)就發(fā)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(tuán)隊(duì)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(tuán)隊(duì)一樣，同樣致力于將人的身體和感應(yīng)器聯(lián)結(jié)起來。如果這一景象能夠?qū)崿F(xiàn)，我們就不會(huì)因?yàn)闄z測不到一些健康問題，最后去了醫(yī)院——就像一輛車在路邊拋錨。這些團(tuán)隊(duì)描繪了這樣一個(gè)未來：人類的身體和預(yù)警裝置連接起來，就像汽車一樣。

古斯塔夫松團(tuán)隊(duì)和瑞典林雪平大學(xué)的研究者們已經(jīng)開發(fā)出了基于皮膚表層的和植入式的兩種感應(yīng)器，以及一個(gè)體內(nèi)的內(nèi)聯(lián)網(wǎng)。內(nèi)聯(lián)網(wǎng)能夠在保證隱私的同時(shí)，將身體和不同的設(shè)備聯(lián)系起來。其他一些團(tuán)隊(duì)正在研發(fā)其他的技術(shù)，比如能夠感應(yīng)動(dòng)脈硬化的皮膚貼片，以及可以探測癲癇痙攣并自動(dòng)釋放藥劑直達(dá)大腦損害部位的裝置。

與多數(shù)已經(jīng)在體內(nèi)使用的起搏器和其他電子設(shè)備不同，新一代的設(shè)備在設(shè)計(jì)上試圖做到與身體組織共同運(yùn)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(xué)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(yīng)到的電子裝置，還要想到創(chuàng)新的方法，在身體內(nèi)做出與外界系統(tǒng)聯(lián)結(jié)的端口。要想使這些設(shè)備夜以繼日地監(jiān)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(shí)現(xiàn)。

不過，這個(gè)項(xiàng)目改善當(dāng)前醫(yī)療衛(wèi)生狀況并降低醫(yī)療成本的潛力，依然吸引了研究者和醫(yī)生們前來接受這個(gè)挑戰(zhàn)。伊利諾伊大學(xué)厄巴納——香檳分校材料科學(xué)家約翰·羅杰斯說：“我還沒見到任何一個(gè)臨床學(xué)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(xiàn)在有三種方式可以利用它，所以我們什么時(shí)候開始合作？”

羅杰斯還說，和身體交織在一起的感應(yīng)器可以說是智能手機(jī)和可穿戴設(shè)備的自然延伸。“我認(rèn)為電子設(shè)備正在朝我們走來，距離我們越來越近。我認(rèn)為這讓我們很自然地想象到它們最終將會(huì)和我們的身體緊密地成為一體。”

要超越可穿戴設(shè)備，第一步是在皮膚上直接安裝無線感應(yīng)器。這些感應(yīng)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(huì)彎曲拉伸，還會(huì)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(tǒng)感應(yīng)器是一個(gè)糟糕的選擇。”

羅杰斯的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種“表皮電子元件”。這種裝滿感應(yīng)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(gè)橡皮印章就可以印成柔軟的薄薄一層。這些補(bǔ)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(dòng)或彎曲的“S”狀電線與天線。“它們采用了波浪式的幾何形態(tài)，所以當(dāng)你拉伸的時(shí)候，這個(gè)波浪形狀電線就會(huì)像手風(fēng)琴風(fēng)箱一樣變化。”羅杰斯介紹說。

羅杰斯同時(shí)是一家叫MC10的子公司的共同創(chuàng)始人。這個(gè)公司位于麻省列克星敦，將推廣一種臨時(shí)性的貼片，可以測量心電活動(dòng)、水合活動(dòng)、身體溫度和對紫外線的暴露程度。這一貼片首先會(huì)出現(xiàn)在消費(fèi)市場，羅杰斯說，他最終的目標(biāo)是醫(yī)療系統(tǒng)。

這種貼片正在厄巴納的卡爾基金會(huì)醫(yī)院進(jìn)行臨床試驗(yàn)，用來對新生兒重癥監(jiān)護(hù)病房里新生兒的生命體征進(jìn)行監(jiān)測，擺脫讓人不勝其煩的電線和掃描器，結(jié)果很快就會(huì)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(jiān)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(xué)，工程師染谷隆夫也已經(jīng)研制出一種承載感應(yīng)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(qiáng)韌，能夠從容應(yīng)對身體拉伸和膝部與肘部運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)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(shù)據(jù)。

染谷隆夫能做到這點(diǎn)是因?yàn)樗苯尤拥袅斯桦娮拥哪且惶祝褂檬秩彳浀挠袡C(jī)碳基聚合物和其他材料。這些有機(jī)電路能直接被打印在一張塑料膠片上，這讓大量生產(chǎn)變得便宜又簡單。不僅如此，它在高溫和潮濕的環(huán)境下也能正常工作。

這種皮膚模式也激發(fā)了斯坦福大學(xué)工程師鮑哲楠的靈感。她的團(tuán)隊(duì)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(jí)的橡膠金字塔像三明治一樣夾住。即使是一絲輕觸也會(huì)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(jiān)測動(dòng)脈的壓力波的速率。這樣就能暴露出血管硬度是否增加，預(yù)測可能的心臟病突發(fā)。去年，美國食品藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)了一個(gè)能內(nèi)置于高危心臟病患者心臟內(nèi)的無線壓力感應(yīng)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(biāo)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(gè)感應(yīng)器和心臟或大腦等活動(dòng)器官產(chǎn)生摩擦，身體就會(huì)迅速形成一道疤痕組織墻包圍這些器官。而且，如果感應(yīng)器隨器官產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)，其結(jié)果無論如何也不會(huì)可靠。

另一個(gè)難點(diǎn)是，任何電子設(shè)備都會(huì)因?yàn)殡娫磫栴}而受到限制。處在皮膚上或皮膚附近的設(shè)備能夠通過天線進(jìn)行無線充電，只要周圍有電源。但處在身體深部的設(shè)備就只能依靠電池了，而電池通常又是一大坨，還得不時(shí)更換。

亞特蘭大佐治亞理工學(xué)院的納米科學(xué)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(shí)產(chǎn)生的微量機(jī)械能。

王中林最新的設(shè)計(jì)利用靜電將我們呼吸的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成電能，以驅(qū)動(dòng)起搏器。這個(gè)發(fā)電機(jī)使用了兩個(gè)不同的復(fù)合面，這兩個(gè)面被夾在電極之間并與電路相連。

當(dāng)使用者呼吸的時(shí)候，兩個(gè)復(fù)合面不斷接觸分離，交換電子——就像用羊毛布摩擦氣球所產(chǎn)生的效果一樣。這樣，積聚的電荷創(chuàng)造了線路里的電流。 “呼氣吸氣，往前往后，蹲下站起，你都在發(fā)電”，王中林說。

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

（摘自《中國青年》）