深部组织信号与疾病间有着强烈的相关性, 临床上对深部组织的检测诊断一般依赖于医学影像设备等大型仪器, 成本高昂且不利于长期监测. 不同于笨重的大型设备, 微创及无创的柔性电子器件可以在体长期佩戴, 实现深部组织信号的连续采集, 有助于疾病的早期诊断, 进行精准化、个性化治疗. 南京医科大学胡本慧、顾宁课题组讨论了深部组织的生理、生化信号的检测机制, 重点分析器件的制备方法、关键性能指标以及数据无线传输技术. 最后提出了该领域存在的挑战和可能的解决策略.
深部组织被广泛认为是皮肤真皮层以下的组织, 大部分疾病的发生发展都与其相关. 目前, 临床上对于深部组织的检测诊断一般依赖于医学影像、体外生化检测等技术, 但这些技术往往都离不开大型医疗仪器的帮助, 且有限的仪器资源增加了患者的时间成本, 从而增加了未及时诊疗带来的风险, 同时检测费用也相对高昂. 此外, 部分医学影像技术会对人体造成损伤, 如X光、CT等. 最重要的是, 医学影像一般只能观察到结构病变, 这通常意味着疾病发展到了中后期才能被发现, 难以实现对疾病的早期诊断. 柔性电子器件的类皮肤机械特性使其能与组织表面紧密接触且不易脱落, 实现对生理/生化信号的长期稳定监测. 但目前已报道的柔性电子器件在组织探测深度和时空分辨率上仍存在不足. 因此, 能够对深部组织进行高精度、长时间监测的微创及无创柔性电子器件亟待研发.
深部组织信号可分为生理信号(如血流动力、电生理、组织硬度等)和生化信号(如血糖、细胞因子、激素等). 这些深部组织信号与身体健康状况密切相关, 如对血压的长期连续监测能够较早预测心血管疾病的发生发展(例如高血压易造成动脉粥样硬化); 组织及器官的硬度变化可能与其早期病变相关(例如乳腺癌会导致对应组织硬度下降); 生理活动产生的声音(如心音、呼吸音等)能够揭示机体、器官的工作是否异常(例如二尖瓣狭窄会造成心音第一波峰的增强); 生化指标的连续监测更可以监控体内的生化反应, 提早获知异常信号(例如糖尿病患者的血糖浓度会过高). 通过对这些深部组织信号进行长期精确的监测, 可以预判疾病发生和病程发展, 帮助预防突发性疾病、遏制病情恶化.
现如今对深部组织信号的实时长期监测还没有较好的临床手段, 通常以穿刺活检、刚性植入式器件为主. 这些有创的检测手段可能为患者带来出血、感染等风险, 使被检测者产生抵触心理. 因此, 对深部组织信号的长期监测应对人体没有较大的伤害, 尽量做到微创、无创、无感. 近年来,柔性电子器件的蓬勃发展为这一目标提供了有力的技术支撑, 国内外学者围绕这一领域展开了大量的工作, 成功将柔性电子器件应用于多种人体重要生理生化信号获取, 如心音监测、血流动力监测、外周神经电生理记录、组织液透皮检测生化指标 (图1). 南京医科大学胡本慧、顾宁课题组从生理信号(声学、力学、电学)和生化信号方面对深部组织信号监测技术进行分类讨论, 着重分析器件的传感机制、制备方法、关键性能指标, 并对数据的无线传输技术进行了简要的分析. 最后, 作者总结了该领域仍然存在的挑战并对进一步完善的策略进行了深刻讨论.
图1 深部组织信号(a)及其监测策略(b)
该文将收录于 《中国科学：化学》“柔性电子材料与器件专刊”，点击下方链接或“阅读原文”可读全文：
袁月辉, 唐文杰, 吴昊, 陈士晟, 任雪洋, 胡本慧, 顾宁. 用于深部组织微创及无创连续监测的柔性电子器件. 中国科学 : 化学, 2022, doi:10.1360/SSC-2022-0100
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