在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中，有很多方法可以檢查身體。比如，通過(guò)測(cè)心率和血壓來(lái)評(píng)估心臟機(jī)能；通過(guò)驗(yàn)血檢測(cè)鐵含量來(lái)診斷是否貧血。但醫(yī)學(xué)的監(jiān)測(cè)手段遠(yuǎn)沒(méi)有做到無(wú)孔不入。
肌肉與髖關(guān)節(jié)的診斷往往很復(fù)雜，而且價(jià)格不菲。而且，人一旦意識(shí)到這些部位有所不適，往往為時(shí)已晚。較深的傷口與手術(shù)內(nèi)切口情況也是如此。
薩米爾·松庫(kù)西爾（Sameer Sonkusale）在塔夫茨大學(xué)（Tufts University）工程實(shí)驗(yàn)室時(shí)就曾考慮過(guò)，是否有可能發(fā)明這樣一種傳感器，它可以無(wú)縫植入人體，并且能在體外接收到實(shí)時(shí)監(jiān)控信息。如果可能，那么首先它不能引發(fā)感染或機(jī)體免疫反應(yīng)。同時(shí)，這種傳感器在嵌入之后還不能影響組織的正常機(jī)能，比如肌肉的拉伸性。如果這種傳感器還能量產(chǎn)，而且價(jià)格不貴，那就再好不過(guò)了。
浸入納米材料的傳感線(xiàn)頭可以監(jiān)測(cè)人體機(jī)能
薩米爾從傳感器的材料開(kāi)始研究，最終發(fā)現(xiàn)了一種理想候選物——線(xiàn)，就是衣服紡織線(xiàn)那種。線(xiàn)有很多優(yōu)點(diǎn)，它廉價(jià)、便于制造又無(wú)處不在。而且線(xiàn)還富有柔性與張力，機(jī)體對(duì)某些材料的線(xiàn)還沒(méi)有排斥反應(yīng)。另外，經(jīng)?？p合傷口的醫(yī)生操控起線(xiàn)來(lái)也是游刃有余。那么，如果我們能夠把傳感器嵌入細(xì)線(xiàn)之中會(huì)怎樣呢？
尋找傳感器
現(xiàn)今的醫(yī)學(xué)傳感器都是平面型的，并且是剛性的，這就導(dǎo)致它們無(wú)法監(jiān)測(cè)皮膚等組織。但很多器官和組織都是三維的多層生物結(jié)構(gòu)。監(jiān)測(cè)這些組織就需要線(xiàn)這樣的傳感器。
用浸有液體的細(xì)線(xiàn)縫合傷口
納米材料可以是有機(jī)的也可以是無(wú)機(jī)的，可以具有生物活性也可以是惰性的，它還可以被設(shè)計(jì)成具有某些物理化學(xué)特性的醫(yī)學(xué)傳感器，比如，多樣性的碳納米管。它的導(dǎo)電性是可以定制的，也正因如此，碳納米管正逐漸成為新一代傳感器和晶體管的基體材料。此外，碳納米管還可以監(jiān)測(cè)DNA和蛋白質(zhì)單分子。有機(jī)納米聚苯胺同樣有廣泛應(yīng)用，它最顯著的特性就是其導(dǎo)電性取決于環(huán)境的酸堿度。
傳感線(xiàn)頭
薩米爾研制傳感線(xiàn)頭的工作始于棉線(xiàn)——將普通線(xiàn)頭浸入含有不同納米材料的液體，然后迅速將其烘干。這些線(xiàn)頭的性能取決于溶液中納米材料的特性。
比如，將具有碳納米管和硅涂層的柔性橡膠纖維制作成傳感線(xiàn)頭，它就可以檢測(cè)物理應(yīng)力。當(dāng)這種傳感線(xiàn)頭受到拉伸時(shí)，它的導(dǎo)電性就會(huì)改變，我們就能夠在機(jī)體外部檢測(cè)到這種變化。把它植入人體，它就可以用來(lái)監(jiān)測(cè)傷口愈合和肌肉拉傷狀況。當(dāng)有異常應(yīng)變發(fā)生時(shí)，說(shuō)明傷口在緩慢愈合，或者裝置放置不當(dāng)。這就可以及時(shí)提醒醫(yī)生和患者做出相應(yīng)調(diào)整。
將一根線(xiàn)頭涂覆碳納米管和聚苯胺納米纖維，另一根涂覆銀和氯化銀，檢測(cè)兩根線(xiàn)頭間的電流強(qiáng)度可以檢測(cè)組織酸度，這是判斷傷口是否受感染的重要依據(jù)。
葡萄糖氧化酶跟葡萄糖反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生電信號(hào)，因此涂覆葡萄糖氧化酶的傳感線(xiàn)頭就可以監(jiān)測(cè)人體血糖水平。同樣的道理，在導(dǎo)電線(xiàn)頭中涂覆其他一些納米材料還可以監(jiān)測(cè)血液中的鈉、鉀含量，它們是血液代謝的標(biāo)志物。
用物理化學(xué)方法做成的智能線(xiàn)頭可以將檢測(cè)信息傳送到皮膚表面的發(fā)射器上
用途廣泛
除了感應(yīng)能力，很多材料的線(xiàn)頭還有一個(gè)有用特性：芯吸。它可以利用毛細(xì)效應(yīng)疏導(dǎo)液體，跟燈芯輸運(yùn)液蠟維持火焰是一個(gè)道理。
棉線(xiàn)可以將細(xì)胞間隙的液體輸運(yùn)到體內(nèi)各處的傳感線(xiàn)頭。傳感線(xiàn)頭將電信號(hào)傳遞給皮膚外表的一個(gè)裝有紐扣電池和小天線(xiàn)的彈性裝置。該裝置將信號(hào)放大并且數(shù)字化，最后將信號(hào)無(wú)線(xiàn)傳輸給智能手機(jī)等設(shè)備。
這種小型化的傳輸-感應(yīng)-發(fā)射系統(tǒng)的電力，僅需皮膚表面的一塊小電池就能供應(yīng)，或者不用電池，僅僅依靠患者血液內(nèi)的葡萄糖來(lái)供應(yīng)能量。這樣，醫(yī)生就可以持續(xù)地對(duì)患者的健康狀況進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。
這種集成化的無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)有很多優(yōu)勢(shì)。首先，患者更自由了，沒(méi)必要非得住院。其次，實(shí)時(shí)收集的數(shù)據(jù)為醫(yī)生提供了更準(zhǔn)確的參考信息。另外，它還降低了醫(yī)療成本。
目前，納米浸入式線(xiàn)頭已經(jīng)在無(wú)菌實(shí)驗(yàn)室中對(duì)嚙齒類(lèi)動(dòng)物進(jìn)行了試驗(yàn)。下一步要做的是對(duì)動(dòng)物做進(jìn)一步試驗(yàn)，以檢驗(yàn)傳感線(xiàn)頭在活體組織內(nèi)的長(zhǎng)期表現(xiàn)。之后，我們會(huì)對(duì)人體組織進(jìn)行試驗(yàn)。
線(xiàn)頭有很廣泛的應(yīng)用前景，薩米爾現(xiàn)在正在做更深入的研究。糖尿病患者的傷口有難以愈合的風(fēng)險(xiǎn)，這可能會(huì)導(dǎo)致感染，甚至截肢。用傳感線(xiàn)頭縫合則可以讓醫(yī)生在早期就發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并及時(shí)做出反應(yīng)以防止病情進(jìn)一步惡化。傳感線(xiàn)頭還可以做成繃帶、傷口敷料甚至醫(yī)院床單，它可以在病情失控前就發(fā)出預(yù)警。