“人造皮肤”：戴在手腕上的心脏监测器

近日，华人科学家、美国斯坦福大学化学工程系教授鲍哲南发明了一种厚度比一美元钞票还薄、形状为邮票大小的心脏监视器。这台心脏监视器外形类似一块人类皮肤，在使用时被特制的黏合剂粘在手腕上，即可帮助医生发现动脉硬化等心血管问题。







　　据介绍，这台设备在未来将可能被用于持续监测心脏健康状态，并为医生提供一种更加安全的方法来测量新生儿和危重病人的某些重要生理指标。

　　“脉搏能够反映动脉和心脏的健康状况。”鲍哲南告诉记者，她的实验室致力于研发类皮肤材料。“传感器越灵敏，医生越能够在早期发现疾病。”

　　将食指和中指按在手腕上，你就能发现脉搏的跳动。由于心脏通过血管将血液送往全身，所以你也会通过血管感觉到心脏在有规律地跳动。

　　你所感受到的每一次脉搏，实际上由两次相连的脉冲组成，不过，仅凭手指很难分辨出它们。第一次比较强烈的脉冲，由心脏泵出血液引起。不久之后，四肢给动脉系统发送一次反射波，进而形成第二次脉冲。

　　医学专家可以利用脉搏中这两次脉冲的相关数据，确定你心脏的健康状态。

　　“例如，你可以利用两次脉冲的频率检测出动脉的硬化程度。”该团队成员、物理学家格雷戈尔·施戈瓦茨（Gregor Schwartz）说，“心脏状况如果发生了改变，其波形也会随之改变。幸运的是，利用这台设备进行自我检测后发现，我心脏的状态还不错。”

　　为了使这台心脏监视器更加小巧、灵敏，鲍哲南团队还在其中添加了一层含有细小金字塔堆的橡胶夹层。每个小金字塔堆只有数微米大，比人体红细胞还要小。

　　当设备受到压力时，这些小金字塔堆的外形会被轻微改变，致使夹层中的空间结构也被改变。空间结构的改变进而导致电磁场和电流的改变，最终被设备所感应到。

　　在监视器上施加的压力越大，金字塔堆形变也越大，进而致使电磁场的改变也越大。将这些小传感器加入到假肢中，即可制成更够感知触觉的电子假肢。

　　当这些传感器通过胶带被黏附在某人手腕上时，就可以测量人体的脉搏。

　　同时，这种设备还可以灵敏地分辨脉搏中的两次脉冲。当工程师们检查该设备所输出的波形时，他们还发现了传统传感器未能监测出来的“脉冲尾声震动”。鲍哲南表示，她相信这种此前未被发现的震动，能够用于未来的诊疗活动中。

　　医生们通常会利用笨拙的传感器来监测手术病人或刚服药病人的心脏情况。但是，在未来的某一天，鲍哲南的这项发明将能够测量另一项重要的生命指标。

　　“理论上，这种传感器也可以测量血压。”格雷戈尔·施戈瓦茨说，“在相关数据被统计出来之后，你就可以利用自己的脉搏信号来计算目前的血压。”

　　这种非入侵式的监测心脏健康状况的设备，将替代传统的必须将仪器插入动脉的设备——血管置管。血管置管由于具有较高的感染风险，并不适用于新生儿或危重病人。因此，像鲍哲南的这项发明，将为医生们收集心脏信息，特别是在新生儿手术过程中，提供一个更加安全的方法。

　　目前鲍哲南团队正在与斯坦福大学的研究者一起，致力于研制一种细如发丝的装置，以将这台设备升级为完全的无线设备。进而，利用无线通信，医生甚至可以仅利用手机，时刻获知病人的心脏状态。

　　“对于某些潜在心脏病患者来说，戴上这种设备可以时刻监视自己的心脏情况。”鲍哲南表示，“而且这种设备也不会干扰他们的正常生活，因为只是需要患者在身上贴上一小条绷带。”


来源：中国科学报