Nanoenergy and Biosystem Lab
Beijing Institute of Nanoenergy and Nanosystems, Chinese Academy of Sciences

【Advanced Materials】用于心血管术后监护的生物可吸收动态压力传感器

植入式生物传感器能够原位监测重要的生理信号,从而改善病人护理和疾病管理。大多数现有的植入式传感器必须在使用寿命结束时通过有创、复杂的手术移除或更换。植入式可降解电子器件因其可在体内被吸收或降解,已发展成为避免二次侵入性手术的新趋势。然而现有的植入式可降解器件仍有一些障碍需要克服:1)大多数器件的使用寿命不能满足术后护理周期;2)植入物表面抗菌策略不适用于可降解装置;3)与生物降解设备配套的能源供给有限。目前,基于压电式、压阻式等原理的压力敏感材料十分有限,亟需通过新技术和新原理来突破传感器件相关的材料限制。

近日,北京航空航天大学生物医学工程高精尖创新中心樊瑜波教授、中科院北京纳米能源与系统研究所李舟研究员和中国医学科学院阜外医院华伟教授的研究团队合作研制了一种基于摩擦电效应的植入式可吸收自驱动传感器(BTS)。BTS可直接将生物机械运动转化为电信号,并成功识别大型动物(狗)的血管阻塞事件。此外,基于聚(乳酸)-(壳聚糖4%)(PLA/C)材料的BTS具有良好的抗菌性能,可达到99%的杀菌效果。作为压力传感器,BTS的灵敏度高达11mV mmHg−1。空气间隔结构使BTS的力学性能符合理想气体定律,因此其具有良好线性度(R2 = 99.3%)。器件使用寿命可达到5天,在使用寿命结束后,BTS可以被吸收并成为生物体的一部分。是一种在体内实现完全生物吸收并显示出识别异常疾病事件能力的自驱动传感器。这些研究结果表明,摩擦电压力传感技术在生物可吸收应用领域可以与压电、压阻式压力传感技术相抗衡,同时也具有更加广阔的材料选择范围。

相关成果以A Bioresorbable Dynamic Pressure Sensor for Cardiovascular Postoperative Care为题发表于国际权威期刊Advanced Materials 2021,2102302)。本文第一作者为北京航空航天大学生物医学工程高精尖创新中心博士后欧阳涵、北京理工大学医工融合研究院李喆博士和中国医学科学院阜外医院顾敏副教授。

BTS概述及原理。a)BTS的概述图。b) BTS的结构示意图。c)基于接触起电和静电感应的BTS的工作原理。

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