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新的可穿戴设备可监测肿瘤大小的变化

2022-09-20 15:29:29 斯坦福大学 阅读:
据EDN电子技术设计报道,斯坦福大学的工程师创造了一种小型自主设备,该设备带有可拉伸且灵活的传感器,可以粘附在皮肤上以测量下方肿瘤大小的变化。这种非侵入式、电池供电的设备具有百分之一毫米(10 微米)的灵敏度,只需按一下按钮,即可将结果实时无线传输到智能手机应用程序。

据EDN电子技术设计报道,斯坦福大学的工程师创造了一种小型自主设备,该设备带有可拉伸且灵活的传感器,可以粘附在皮肤上以测量下方肿瘤大小的变化。这种非侵入式、电池供电的设备具有百分之一毫米(10 微米)的灵敏度,只需按一下按钮,即可将结果实时无线传输到智能手机应用程序。8FLednc

研究人员说,这一“测量肿瘤的灵活自主传感器”(FAST)代表了一种全新的、快速、廉价、便携和准确的方法来测试抗癌药物的疗效。长远来看,它可能会给癌症治疗指明新方向。FAST传感器可在分钟尺度上检测肿瘤体积的变化,而卡尺和生物发光测量通常需要长达数周的观察期才能测出肿瘤大小的变化。8FLednc

FAST 在 9 月 16 日发表在《科学进展》上的一篇论文中有详细介绍。8FLednc

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每年,研究人员都会在患有皮下肿瘤的小鼠身上测试数千种潜在的抗癌药物。很少有人能对人类患者进行治疗,而且寻找新疗法的过程很慢,因为测量药物治疗后肿瘤消退的技术需要数周时间才能读出反应。肿瘤固有的生物学变异、现有测量方法的缺点以及相对较小的样本量使得药物筛选变得困难和劳动密集。8FLednc

使用金属钳状卡尺测量软组织并不理想,放射学方法无法提供实时评估所需的那种连续数据。FAST 可以在分钟时间尺度上检测肿瘤体积的变化,而卡尺和生物发光测量通常需要数周的观察期才能读出肿瘤大小的变化。8FLednc

黄金的力量

FAST由一种灵活且可伸展的皮肤状聚合物组成,其中包括一层嵌入的黄金电路。这个传感器连接到一个小型电子背包上。该设备测量薄膜上的张力(拉伸或收缩的程度),并将数据传输到智能手机。使用FAST背包,与肿瘤大小消退有关的潜在疗效可被迅速而准确地判定,或快速跟踪以供进一步研究。8FLednc

研究人员说,新设备至少有3个显著的进步。首先,它提供持续的监测,因为传感器与鼠标物理连接,并在整个实验期间保持在原位;其次,柔性传感器包裹着肿瘤,因此能够测量用其他方法难以辨别的形状变化;第三,FAST既是自主的,也是非侵入性的。它与皮肤相连,与创可贴、电池操作和无线连接无异。鼠标可自由移动,不受设备或电线阻碍,科学家无需在放置传感器后主动操作鼠标。FAST背包也可重复使用,组装成本只需60美元左右,几分钟内就能连接到鼠标上。8FLednc

突破在于 FAST 的柔性电子材料。在皮肤状聚合物的顶部涂有一层金,当拉伸时,会产生小裂缝,从而改变材料的导电性。拉伸材料和裂纹数量增加,导致传感器中的电子电阻也增加。当材料收缩时,裂缝会重新接触,导电性会提高。8FLednc

Abramson 和合著者、东京大学副教授 Matsuhisa 都描述了这些裂纹扩展和导电率的指数变化如何在数学上等同于尺寸和体积的变化。8FLednc

研究人员必须克服的一个障碍是担心传感器本身可能会通过对肿瘤施加过度压力而影响测量结果,从而有效地挤压它。为了规避这种风险,他们仔细地将柔性材料的机械性能与皮肤本身相匹配,以使传感器像真实皮肤一样柔韧和柔软。8FLednc

“这是一个看似简单的设计。”这项研究的第一作者、斯坦福工程学院鲍哲南实验室的博士后、现任佐治亚理工学院助理教授的亚历克斯·艾布拉姆森说,“但制药和肿瘤界应该会对这些优势非常感兴趣。FAST是自动化的,可以大大加快速度,而且能降低癌症治疗筛选过程的成本。”8FLednc

参考链接:Stanford engineers develop new wearable device to monitor tumor size;Demi Xia编译8FLednc

责编:Demi
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