科学家推出卡片诊断仪和电子皮肤 推进个性化医疗科技
2015-05-14 10:52:00   来源:光明网
内容摘要
过去几年中,科学家受益于生物学、电子技术和人类遗传学领域空前的发展,研发出一系列新设备,用以保护和改善人类健康。先进的医疗技术和复杂的数据分析手段,正在打破这些领域的传统局限,从医院和计算机实验室走进人们的日常生活。

医疗科技 科技世界网

 

2015年5月12日,在葡萄牙里斯本举行的艾斯维尔第四届生物传感技术国际会议上,一种可测量心率和血压的可穿戴电子皮肤,以及能读取血液和唾液样本的信用卡大小的纸质诊断仪相继亮相。

生物传感器能检测并分析病人心率、血压、血糖、激素水平的有关信息,甚至能测试他们是否感染了耐受抗生素的细菌。这种检测技术能给病人提供实时的身体机能信息并给出最合适的治疗建议,将个性化医疗又向前推进了一步。

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瑞典林雪平大学生物传感器与生物电子学中心主任安瑟尼·特纳教授研发的信用卡大小的诊断仪,使用起来很简单:打开按钮开启机器,把样本放在卡片的右下角,等待读取数据后,将信息传输到使用者的手机上。这种卡片检测仪能用于检测糖尿病、肾脏疾病和心脏病,甚至癌症。

特纳教授说,这将结束2500年来传统医疗的范式,将权利交回病人自己手中。这是林雪平大学和瑞典信息与通信技术非盈利机构Acreo合作的结果,他们正在寻找商业合作伙伴,希望能够大规模生产,让诊断仪器分析样本的成本从现在的5欧元下降到0.5欧元。

电子皮肤 科技世界网

“30年前我开始研究电化学的时候,这样的机器有文件柜那么大,而且需要花费1万欧元做同样的事情。”特纳教授说,“这是第一次将这种机器整个打印出来。”这意味着他们已经有潜力为发展中国家的病人和医生提供可以负担的疾病检查。例如,打印的卡片测试仪器可以被制作成抗生素包装的一部分,帮助病人决定哪种抗生素更能对症。

据报道,来自中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所的研究员张珽与会时也展示了一种新型电子皮肤,它基于柔性电子科技和纳米技术建造而成,因其具有探测微弱压力变化的独特能力,可被用来检测血压、心率和脉搏。张珽和他的团队发展了这项技术的两个关键方面——让传感器元件更敏感,让材料更具有弹性。他们已经用碳纳米管和只有几个原子厚的石墨烯材料制造出超敏感、透明和柔软的电子皮肤。

 

展望未来医疗科学技术

过去几年中,科学家受益于生物学、电子技术和人类遗传学领域空前的发展,研发出一系列新设备,用以保护和改善人类健康。先进的医疗技术和复杂的数据分析手段,正在打破这些领域的传统局限,从医院和计算机实验室走进人们的日常生活。以下是最有前景的新技术,涵盖个人化基因测序、人工视力、癌症、植入式健康监测仪、精神病等领域。这些技术并不是每一个都能成功,但总体来说,它们表明医疗技术的小型化不仅在疾病治疗,而且在疾病预防上都将扮演更重要的角色。

 

可植入设备 科技世界网

 

智能型可植入设备

生物医学工程师正在研发小型的、可植入的监测设备,以便为医生提供更多的信息,帮助他们决定怎样才能给心脏病、糖尿病等慢性病患者提供最好的治疗。几种这样的设备正在接受临床实验的考验,它们可以从人体关键部位或血液中,以无线方式向体外接收设备发送数据。未来,一些植入性监测设备可以发挥更重要的作用,不仅是检测心律不齐等危险疾病,还可以让病人恢复心跳。现在,科学家正在开发的两种这类设备,是针对两种最常见的疾病:

心脏病 科技世界网

心脏病发作。美国天使医疗系统公司(Angel Medical Systems)制造的“天使医疗卫士”(Angel Med Guardian)监护设备,大概有心脏起搏器那么大,可以监测心跳。对那些不久前发作过心脏病,但不需要植入起搏器或者除颤器(cardiac defibrillator)的患者,该设备可以监测异常心跳,比如骤然加速或不规律跳动。如果仪器探测到心脏病即将发作,它会震动,外接的寻呼机随之会发出声音,并开始闪光,提醒病人寻求帮助。为了防止发出错误警报,该设备会在一分钟内持续检测到危险信号后,才会发出警报。医生可以把这些信号和设备收集到的其他关于心脏的信息,无线下载到一台电脑上进行分析。天使医疗公司已经授权一家生产植入性除颤器的公司使用这项心跳监测技术。和除颤器结合后,该设备就可以在监测到心跳停止或心律不齐时,对心脏进行电击,同时向医生输送心电图。

异常的葡萄糖水平。美国GlySens公司研制的一种植入式新型葡萄糖传感器,可向数百万糖尿病患者提供无线检测系统。这种设备可以持续监测患者的皮下葡萄糖水平,而监测结果可以反映血糖浓度。因此,相比指尖采血的监测方式,该设备得到更精确、更完整的信息,用以指导胰岛素的注射剂量和时间。并且,由于这种传感器是植入的,也不需要像对待目前常用的体外监测设备一样,时时去维护。

 

电子生化眼 科技世界网

 

电子生化眼

德国图宾根大学的埃伯哈特·泽雷纳(Eberhart Zrenner)将一块芯片植入特霍的视网膜。这块芯片替代了视网膜损坏的感光细胞(即视杆细胞和视锥细胞)。在健康的视网膜中,感光细胞将光转化为电脉冲,后者穿过几层特化的组织,其中一层由双极细胞组成,最后到达大脑。芯片上有1500个小方块,它们排列在一个约1平方厘米的网格上,每个小方块都含有一个光电二极管、放大器和电极。当光线照在一个光电二极管上时,就会产生微弱的电流,经过放大器增强后,传送到电极上,刺激附近的双极细胞产生信号,通过视神经传送到大脑。照射在光电二极管上的光线越多,产生的电流就越强。

植入视网膜 科技世界网

植入视网膜的芯片为特霍打开了一扇面向世界的窗户,可以看见约1米外一张A4打印纸大小的范围。通过这扇窗户,特霍可以分辨出人和物体的基本外形和轮廓,尤其是在明暗反差强烈的时候。但是,植入芯片并没有足够的电极来产生清晰的图像。另外,通过芯片,他眼里只有灰色的东西,感觉不到色彩,因为芯片还不能区分不同光线的波长。尽管有这些局限,在接受手术后的几天内,植入芯片还是戏剧性地改变了特霍与这个世界互动的方式。他10年来第一次能够看见和辨认一些物体,比如餐具和水果,读出大字体印刷的字母,向房间里的人打招呼,认出自己的亲人。

美国华盛顿大学圣路易斯分校的生物医学工程教授格里高利·兰萨(Gregory Lanza)和同事正在研制一种纳米颗粒,能够追踪并标记新形成的、专为肿瘤供血的血管,而这类血管的产生,是结肠癌、乳腺癌和其他癌症发生过程中的关键步骤。在非肿瘤的组织中,通常不会有这样的血管。理论上,通过这项技术,医生还可以知晓癌症生长的速度,应该采取怎样的治疗措施。

 

纳米颗粒探测癌细胞 科技世界网

 

纳米颗粒探测癌细胞

美国斯坦福大学的诊断放射学教授桑吉夫·萨姆·甘姆希尔(Sanjiv Sam Gambhir)和同事正在研究大肠癌,希望能发现常规结肠镜检查发现不了的轻微恶性病变。研究小组用金和硅制成纳米颗粒,然后添加上一些分子,用来引导纳米颗粒,让它们附着在特定癌细胞上。当附着到结肠或直肠中的肿瘤上时,用一种特殊的内窥镜照射,纳米颗粒就会散射其所发出的光,显示癌细胞的存在。

科学家还想制造一些特殊的纳米颗粒来执行多重任务,比如能在磁共振成像、正电子发射断层扫描等检测过程中显示肿瘤,乃至输送药物。有了兼具这两种功能的纳米颗粒,医生就可以确认,药物是不是到达了应该到达的位置,效果怎样。尽管目前的靶向疗法可以针对性地作用于癌细胞,不影响正常细胞,但医生并不确定有多少药物能抵达肿瘤部位。兰萨说:“结合了成像技术,你就能知道到底有多少药物真正抵达肿瘤位置了。”

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纳米颗粒的临床之路还面临着一些障碍。例如,科学家还必须证明,纳米颗粒在人体中使用是安全的。甘姆希尔认为,对于癌症治疗来说,目前“最大的障碍”是没有找到合适的作用目标。纳米颗粒可以设计得非常精良,但它们“并没有那么神奇”,他提醒说。

对于癌症初期的生理变化,科学家还没有足够的了解,所以不知道应该瞄准癌细胞上的哪种分子。兰萨说,由于不知道作用目标,“我们甚至无法走出第一步,而我们必须学会走路,然后才能跑”。

但是,根据一些产业分析师的分析,到2016年,纳米医学在全球的市场价值最高将达到1300亿美元,因此寻找合适“靶标”的竞赛已经开始了。

 

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