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柔性电子可以推动新一代植入式医疗器械 - China Medical Device Manufacturer
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Wed, January 17th, 2018

2010年4月CMDM电子快讯 » 技术新知
柔性电子可以推动新一代植入式医疗器械

可拉伸的柔性电子能够记录心脏电活动的波形,与传统心脏监控技术相比,具有更好的分辨率和更快的速度。

美国西北大学(Northwestern University)、伊利诺伊大学厄本那—香槟分校(University of Illinois at Urbana-Champaign)和宾夕法尼亚大学(University of Pennsylvania)的研究人员据称首次将柔性硅电子器械用于医疗领域。这种轻薄的器械可以产生高密度图谱,记录心脏跳动时的电活动,提供了一种可以定位和治疗心律失常的潜在途径。

其结果作为封面报道刊登在3月24日出版的《Science Translational Medicine》杂志上。

这种新兴技术在治疗心律失常或癫痫的新一代柔性植入式医疗器械,以及新型柔性传感器、发射器及光伏和微流体器械领域拥有广阔的前景。

这篇论文的主要作者,西北大学的黄永刚(Yonggang Huang)。“心脏不断运动而且起伏不定,而目前的电子监控设备平坦而僵直。我们开发的电子设备采用波网设计,这样就可以包裹不规则的弧形表面(如跳动中的心脏)。这种器械很薄,为可拉伸的柔性设计,因此可以形成适合人体组织的电路。触点越多意味着可以获得更准确的数据。”

这种器械基于黄永刚和伊利诺伊大学的同行John A. Rogers在2008年开发的一种柔性电子元件,可直接感测和控制动物组织的电活动。宾夕法尼亚大学的医学博士Brian Litt和他的同事设计了医学实验并采用大型动物模型对此器械进行了测试。

Rogers和Litt均是该论文的主要作者。Rogers是伊利诺伊大学材料科学与工程系的Flory-Founder讲座教授;Litt则是宾夕法尼亚大学神经学和生物工程学副教授。

在宾夕法尼亚大学进行的实验中,研究小组证明这种电子器械浸入人体体液依然可以继续运作,其机械设计使得器械符合并能包裹在不规则形状的人体组织表面。该器械采用了288个触点,超过2000个晶体管紧密连接在一起。标准临床系统通常只有5到10个触点。这种新型器械的尺寸仅为14.4 X 12.8 mm。

该器械通过电路与人体组织的完美贴合,而不是相隔较远,因而可以在组织表面处理收到的信号。这种紧密接触使器械中可用于感测或刺激的电极数目明显多于目前医疗器械中可能的数目。

该器械可以高速采集身体的大量数据。研究人员将能够运用更高效的新兴植入式医疗器械和治疗方法更为详细的描绘出人体复杂的电网路。

现有器械并非无线产品。研究人员称,新一代植入式器械的另一项重大进步就是找到了一种将电源与器械整合的办法。其中一种解决方案则是利用心脏为器械供电。

黄永刚和Rogers所说的“自动弹起”技术可以让电路弯曲、拉伸和扭曲。这些电子设备可用于平坦不能弯曲的电子设备无法使用的地方,例如心脏、大脑或其他人体部位。

严重弯曲或拉伸电路都会导致电子器械出现故障,正是这一点限制了现有电子设备在人体中的应用。黄永刚和Rogers采用金属丝“自动弹起桥接”连接一系列小型电路元件,从而解决了这一难题。这些元件弯曲或拉伸时,金属丝——而非电路——就会自动弹起。这种方法使电路可以放置在弧形表面上。(合作过程中,黄永刚侧重于理论和设计,Rogers则重点关注器械的制造。)
有关这项研究的详细信息,可访问 http://www.northwestern.edu/newscenter/stories/2010/03/heart.html

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