美国加州大学圣地亚哥分校(UCSD)的一个研究团队研发了一种新型可穿戴柔性电子皮肤贴片，可用于深层组织中包括血红蛋白在内的生物分子检测(Nat. Commun., doi: 10.1038/s41467-022-35455-3)。该设备采用光声成像技术对皮肤表面下的血红蛋白进行三维成像，尺寸仅有邮票大小。该技术为医疗专业人员提供了一种前所未有的获取关键信息的途径，可用于以高空间分辨率连续、实时、非侵入性地监测生物分子。

 

灵活小巧的电子贴片

 

       团队主要负责人Sheng Xu 表示，当前的柔性可穿戴设备大部分都有一个明显的劣势：它们只能感知在皮肤表面附近的浅层组织的生物信号。目前其他的方法，比如磁共振成像或X射线技术具有电离辐射，不适合连续监测，超声虽然便捷但是不能有效区分血红蛋白。因此，他们的研究目标是专门设计一种用于深层组织感知的可穿戴设备。

 

       研究团队强调，组织中的深层信号与疾病的预测和诊断有着更为密切的关系。持续监测对于及时干预至关重要，这样做能够防止危及生命的疾病快速恶化，如恶性肿瘤、器官功能障碍、脑出血或肠道出血等。

 

       该贴片在其柔软的有机硅聚合物基质中配备了240个超声波传感器和24个850nm的大功率垂直腔面发射激光器（VCSEL）二极管阵列，其尺寸大小为2.0×1.6cm，厚度仅为1.2mm。

 

       VCSEL二极管将脉冲激光发射到组织中，血红蛋白分子吸收部分能量并将其转化为热量。瞬时热电膨胀产生声波，被压电换能器所接收。产生的信号被传送到软件，以重建波发射生物分子的空间映射。

 

       研究人员对他们设计的新型柔性可穿戴电子贴片进行了光学、热学和声学特性分析，随后在手、脚、大腿和前臂进行了体内验证实验。在后者的测试中，该设备成功地捕捉到了血红蛋白的三维图像，清晰地显示了袖带闭合前后不同身体位置的静脉结构。在体内测试中，测量的穿透深度超过了1.1cm。它还能实现与其他组织的高对比度。由于其光学选择性，它可通过集成具有不同波长的不同激光二极管，以扩大可检测分子的范围及潜在的临床应用。

 

       研究团队计划进一步开发该设备，包括将后端控制系统缩小为用于激光二极管驱动和数据采集的便携式设备，从而大大扩展其灵活性和潜在的临床实用性。

 

原文链接