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- 斯坦福大學(xué)開發(fā)的柔性傳感器設(shè)備為治療癌癥開辟了新的可能性
- 來源：網(wǎng)易新聞 發(fā)表于 2022/11/11
斯坦福大學(xué)的工程師們開發(fā)了一種緊湊、自主的設(shè)備，它有一個可拉伸的柔性傳感器，用于評估皮膚下腫瘤的變化大小。這種由電池供電的非侵入性設(shè)備可以實時向一個智能手機(jī)應(yīng)用程序無線傳輸結(jié)果，并且對百分之一毫米（10微米）的微小事物足夠敏感。
研究人員聲稱，他們的FAST設(shè)備（代表"測量腫瘤的靈活自主傳感器"）是一種全新的、快速的、負(fù)擔(dān)得起的、免提的和準(zhǔn)確的評估癌癥藥物有效性的方法。在更大的范圍內(nèi)，它可能為令人興奮的癌癥治療新方向鋪平道路。研究人員的發(fā)現(xiàn)近期發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上。
研究人員每年使用帶有皮下腫瘤的小鼠來測試成千上萬種潛在的癌癥藥物。很少有藥物能用于人類患者，而且開發(fā)新藥的過程很耗時，因為評估藥物治療后腫瘤消退的工具需要數(shù)周時間才能讀出反應(yīng)。腫瘤固有的生物差異，現(xiàn)有測量技術(shù)的缺陷，以及相對有限的樣本量，使得藥物篩選具有挑戰(zhàn)性和勞動密集型。
該研究的作者、斯坦福大學(xué)工程學(xué)院化學(xué)工程系K.K. Lee教授鮑振南實驗室一名博士后Alex Abramson說："在某些情況下，被觀察的腫瘤須用卡尺手工測量。"但使用金屬鉗子般的卡尺來測量軟組織并不理想，而且放射學(xué)方法不能提供實時評估所需的那種連續(xù)數(shù)據(jù)。FAST可以在分鐘級檢測腫瘤體積的變化，而卡尺和生物發(fā)光測量往往需要長達(dá)數(shù)周的觀察期才能讀出腫瘤尺寸的變化。
黃金的力量
FAST的傳感器由一種靈活的、可拉伸的皮膚狀聚合物組成，其中包括一層嵌入式的黃金電路。這個傳感器與一個由前博士后和共同作者Yasser Khan和Naoji Matsuhisa設(shè)計的小型電子背包相連。該設(shè)備測量膜上的應(yīng)變--它拉伸或收縮的程度--并將該數(shù)據(jù)傳輸?shù)街悄苁謾C(jī)上。使用FAST背包，與腫瘤大小回歸有關(guān)的潛在療法可以迅速而有把握地被排除無效數(shù)據(jù)，或協(xié)助醫(yī)務(wù)人員快速介入進(jìn)一步研究。
基于對小鼠的研究，研究人員說，新設(shè)備至少提供了三個重大進(jìn)展。首先，它提供了連續(xù)監(jiān)測，因為傳感器與小鼠物理連接，并在整個實驗期間保持原位。二，靈活的傳感器包裹著腫瘤，因此能夠測量其他方法難以辨別的形狀變化。三，F(xiàn)AST既是自主的又是非侵入性的。它與皮膚相連--與粘性繃帶不一樣--由電池驅(qū)動并以無線方式連接。鼠標(biāo)可以自由移動，不受設(shè)備或電線的束縛，而且科學(xué)家不需要在傳感器放置后主動處理小鼠。FAST包也是可重復(fù)使用的，組裝成本僅為60美元左右，并且可以在幾分鐘內(nèi)連接到小鼠身上。
突破之處在于FAST的柔性電子材料。涂在皮膚狀聚合物上面的是一層金，當(dāng)被拉伸時，會出現(xiàn)小裂縫，改變材料的導(dǎo)電性。拉伸材料，裂縫的數(shù)量增加，導(dǎo)致傳感器的電子電阻也增加。當(dāng)材料收縮時，裂縫重新接觸，導(dǎo)電性能得到改善。
Abramson和共同作者、東京大學(xué)副教授Matsuhisa都描述了這些裂縫的擴(kuò)展和電導(dǎo)率的指數(shù)變化如何在數(shù)學(xué)上等同于尺寸和體積的變化。
研究人員克服的一個障礙是擔(dān)心傳感器本身可能會通過對腫瘤施加不適當(dāng)?shù)膲毫Γ行У財D壓它而影響測量。為了規(guī)避這一風(fēng)險，他們仔細(xì)地將柔性材料的機(jī)械性能與皮膚本身相匹配，使傳感器像皮膚一樣柔韌和柔軟。
"這是一個具有欺騙性的簡單設(shè)計，"Abramson說，"但這些固有的優(yōu)勢應(yīng)該對制藥和腫瘤學(xué)界非常有趣。FAST可以大大加快、自動化和降低癌癥療法的篩選過程的成本"。
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