Tufts University助理教授Sameer R. Sonkusale與該校NanoLab首席研究員採用不同的材料進行縫線實驗,他們在這種縫線上塗上導電材料,例如碳奈米管(CNT),並注入各種不同的化學試劑。

研究人員們縫合特定的縫線組合並將其連接至讀取電子裝置,接著就能用於監測電子訊號,無論是訊號傳輸應力、溫度或甚至是偵測人體內的皮下化學標記,以診斷病人的情況。在某些情況下,他們還利用縫線的滲透特性,設計出3D的多試劑微流體電路。

這項研究已發表於《微系統與奈米工程》(Microsystems & Nanoengineering)期刊,研究人員在這篇名為「為醫療診斷嵌入3D組織的線微流體、感測器與電子元件設計套件」(A toolkit of thread-based microfluidics, sensors, and electronics for 3D tissue embedding for medical diagnostics)的論文中描述,基於這種縫線的診斷裝置(TDD)平台,結合了連接至軟性表面讀取電路的奈米材料注入導電縫線,可用於訊號調節與無線傳輸。

研究人員們從塗覆奈米管和矽(監測縫線的電阻)的彈性橡膠纖維中,製造出應變感測器,他們認為應該可以用於監測由於人工植入導致的傷口癒合或肌腱拉傷情況。

使用不同的塗層和縫線,就可以像匹配電路一樣縫合感測電路。在一次的實驗中,研究人員偵測到塗覆碳奈米管和聚苯胺奈米纖維的棉線,以及另一條塗覆銀和氯化銀的棉線之間存在電流。而在人體內部,這種電流提供了介質酸性的內部測量方式,可作為最近傷口縫合是否感染的指標。

20161026 Tufts NT04P1 研究人員設計的工具套件包括以智慧縫線為基礎的化學和物理感測器、微流體通道以及實現TDD的互連介面。 (來源:Tufts University奈米實驗室)

研究人員還設計了一款採用電流滴定法的葡萄糖感測器,由碳/功能性CNT縫線(工作電極)、碳縫線(輔助電極)以及作為參考電極的銀/氯化銀線共同組成。研究人員在工作電極中注入了葡萄糖氧化酶,使其與血液中的葡萄糖反應產生電訊號。交流電壓脈衝為0.5與0V,可用於讀取輸出電流,以反應出不同的葡萄糖濃度。

pH值的測量則是另一個研究人員採用縫線成功進行的實驗。當然,相關研究還將繼續進行,這種智慧縫線還可用於偵測無限多種不同的化學物質,測量蛋白質、DNA以及其他直接植入組織中的生物標記。此外,還可以發展出複雜的多試劑微流體電路,將智慧縫線分成不同的通道,在不同區域進行偵測。

接下來,研究人員打算在這種智慧縫線上整合其他的電子元件,包括電容、二極體與電晶體等,從而打造出高度靈活且自足的植入式診斷平台。

編譯:Susan Hong

(參考原文:Smart stitches monitor patient condition,by Julien Happich)