植入式传感器可安全生物降解

传感器在医疗过程中和之后监测病人的状况可能很昂贵，不舒服，甚至危险。现在，一个国际研究团队设计了一种高度敏感的柔性气体传感器，可以植入人体，当它不再需要时，可以安全地生物降解成可被人体吸收的材料。

在一项研究中，宾夕法尼亚州立大学的研究人员报告说，他们设计了一种灵活的可植入传感器，可以监测体内各种形式的一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)气体。监控工程科学与机械系Dorothy Quiggle职业发展教授，同时也是计算与数据科学研究所的一个附属机构Huanyu“Larry”Cheng认为，这些类型的气体很重要，因为它们对人类健康可能是有益的，也可能是有害的。

例如，一氧化氮是人体自然产生的，它在健康中起着重要的作用，因为它能放松或扩大血管，促进血液流动，让氧气和营养物质在体内循环。另一方面，暴露于环境中的二氧化氮与慢性阻塞性肺病(慢性阻塞性肺病Cheng说，他也隶属于材料研究所。一氧化氮具有很强的活性，当接触氧气时可以转化为二氧化氮。

该团队在最新一期的《NPG亚洲材料》(NPG Asia Materials)上报道了他们的研究结果，现在可以在网上看到材料不仅是可植入的，柔韧的，可拉伸的，而且可生物降解的．Cheng说，虽然目前的设备是用于体外监测气体水平，但它们体积庞大，可能没有植入式设备那么准确。然而，可植入设备需要移除，这可能意味着另一个手术。研究人员研究了一种不需要移除的设计。

他说:“比如你做了一次心脏手术，体外的监测器可能不足以检测到这种气体。”“从心脏表面或内部器官监测气体水平可能会更有益。这种气体传感器是可植入的，而且是可生物降解的，这也是我们一直在研究的另一个方向。如果病人从手术中完全恢复，他们就不再需要这种设备，这使得生物可降解设备变得有用。”

根据研究人员的说法，所有的成分在水或体液中都是可生物降解的，但仍然有足够的功能来捕捉气体水平的信息。在这种情况下，研究人员用镁制作了设备的导体——导电元素，而对于功能材料，他们使用了硅，硅对一氧化氮也非常敏感。

人体可以安全地吸收设备中使用的所有材料。这种设计的另一个好处是，这些材料的溶解速度足够慢，可以让传感器在病人的恢复期在体内发挥作用。“硅是独一无二的——它是现代电子的基础材料，人们认为它超级稳定，”Cheng说。硅也被证明是可生物降解的。它可以以非常缓慢的方式溶解，大约每天1到2纳米，这取决于环境。”

据研究人员称，该传感器在潮湿的环境和水溶液中进行了测试，显示它可以在身体的恶劣条件下稳定工作。

该团队使用ICDS的Roar超级计算机的计算资源来创建计算机模拟，可以计算由材料的形状或变形的微小变化引起的极小变化。“我们的测量基于电阻，它可以根据气体吸收而改变，但它也可以由于变形而改变，”Cheng说。“所以，如果我们使皮肤表面的传感器变形，就会产生很大的力和很大的阻力变化，我们无法知道气体的性能是由变形还是暴露的环境造成的。”

研究人员表示，未来的工作可能着眼于设计集成系统，以监测其他身体功能，以促进健康衰老和各种疾病的应用。