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下一代的植入医疗器材将不再依赖在工厂中制造的材料,而是使用蠕虫肚子中培育的高科技材料。塔夫斯大学(Tufts University)的生物医学工程师Fiorenzo Omenetto使用蚕丝(silk)制作了一些可植入的光学和电子学设备,它们将扮演重要生理特征的监视器、血液测试器、图像中心和医务中心,并且在不需要的时候,这些植入人体的设备可以轻易毁掉。
植入芯片可以帮助人们轻松的了解体内的一切,帮助人们监视慢性病或者手术后的身体状况,但是由于生物相容性的一些问题,植入芯片一直被禁止使用。许多在电子学中广泛使用的材料被植入人体后会出现免疫反应。并且目前的大部分植入芯片通过外科手术植入人体,并且在不需要的时候,还得通过外科手术取出,所以只有在一些特别需要的情况下,人们才会选择对人体植入芯片的方案(如心脏起搏器)。而蚕丝是在人体内可降解的柔软材料;并且它能像光学玻璃一样透光;尽管蚕丝不能被做成晶体管和电缆线,它却可以为电子设备阵列提供机械支撑,使得电子设备阵列可以稳定的待在生物组织的表面。通过选择不同的加工工艺,可以让蚕丝在人体内立刻降解或者维持几年时间。并且蚕丝还可以用来长期储存诸如酶等分子。
Omenetto三年前开始研究蚕丝,当时David Kaplan向他寻求帮助,要制作一种新的材料为新长出的组织提供支持。Omenetto把蚕丝在开水中煮沸净化后,就得到了他的主要材料:蚕丝蛋白。这个方案可以在模具中做到10纳米大小的尺寸。Omenetto用模具做出了很多种光学设备,例如:棱镜、镜子、透镜以及光纤。这些东西都可以用于和植入人体的生物传感器之间传输光。把抗体或酶和蚕丝混合之后,再进入模具加工,就可以制造出感应任何低浓度生物分子(从葡萄糖到肿瘤标志物)的设备。
通过和Kaplan以及伊利诺伊州立大学(University of Illinois)的材料科学家John Rogers的合作,-Omenetto成功开发出由蚕丝和柔韧的硅电子设备合成的植入物。例如,这个团队之前就是用蚕丝薄膜固定一些极小的晶体管和LED在一个阵列内——这或许是可以用于识别病毒制造者聚集状况的植入芯片的基础。科学家们发现这些小设备在小动物身上工作的很好,没有任何结疤或者免疫反应。{zh1},蚕丝会降解到人体内,只留下一小部分的硅和其他电路中所用的材料。
另外一个用蚕丝做基板的金属电极网设备,是为取代用于脑部表面监测和xx诸如xx等病状的长钉一般的电极。当在盐溶液中浸泡后,蚕丝就会包裹住脑部表面的网状电极,从而帮助电极更精准的监测神经活动。这种蚕丝电极可能会在两三年内成为{dy}批在人体内测试的电设备。
Omenetto还列举了一些他对未来的预测:例如,一个蚕丝光线可以从一个LED阵列传输光到植入的蚕丝传感器,通过改变颜色来告知人们癌症又复发了。另外,这些设备还可以显示每个人服用xx的计量。还可以再使用一根蚕丝光纤,来传输这些信息到人体的皮肤表面,同时这些信息可以在手机上输出。Omenetto说制造这些设备的材料都已经有了,只要把这些材料放到一起,一根小小的蚕丝就能帮助我们拯救生命了。
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研究人员:
Fiorenzo Omenetto
(Tufts) Biodegradable electronics could make implantable devices easier on the bodyOTHERS WORKING ON IMPLANTABLE ELECTRONICS
John Rogers, University of Illinois Urbana-Champaign, IL
Zhenan Bao, Stanford University, Stanford, CA