人體和地球一樣都是由各種化學(xué)元素組成的，這些化學(xué)元素的分泌以一種神秘的規(guī)則與我們的行為關(guān)聯(lián)：傷心的時(shí)候我們的身體會(huì)分泌兒茶酚胺，幸福的時(shí)候又會(huì)分泌多巴胺，缺氧讓我們頭暈打哈欠，吸氧過(guò)多又會(huì)讓我們咳嗽頭疼。而帶有自由基、非常活潑的一氧化氮在我們身體內(nèi)則能調(diào)控激素，充當(dāng)細(xì)胞內(nèi)的信使。
1992年，在一氧化氮被《科學(xué)》（Science）雜志選為明星分子后，它成為了生物領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和前沿，作為內(nèi)源性生物活性分子，一氧化氮廣泛地存在于哺乳動(dòng)物體內(nèi)的各個(gè)組織和器官，不同濃度的一氧化氮對(duì)生物體的很多生理活動(dòng)都有重要影響，于是科學(xué)家開(kāi)始研究各種方法對(duì)一氧化氮進(jìn)行測(cè)量。傳統(tǒng)的一氧化氮檢測(cè)方法有亞硝酸鹽間接比色法，缺點(diǎn)是只能得到靜態(tài)結(jié)果，不能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，而硬質(zhì)不可降解的傳感器又與人體的兼容性較差，需要在進(jìn)行二次手術(shù)摘取植入的傳感器，增加了感染的風(fēng)險(xiǎn)。
而在2020年6月25日，清華大學(xué)材料學(xué)院尹斕教授研究組在這一技術(shù)上面完成了重大突破，他們?cè)O(shè)計(jì)發(fā)明了一種新型的一氧化氮傳感器，這種大約1平方厘米的薄片十分柔軟，可以被拉大約1.5倍，將它植入生物體后，我們可以通過(guò)iPad上面的數(shù)據(jù)可視化軟件清晰的觀(guān)察到生物體內(nèi)一氧化氮濃度的實(shí)時(shí)變化，而在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，這個(gè)薄片則會(huì)自己消失的無(wú)影無(wú)蹤。
這一切的完成依賴(lài)于尹斕教授研究組對(duì)材料的創(chuàng)新和設(shè)計(jì)的改變。他們將傳統(tǒng)硬質(zhì)的厚硅晶圓片替換為柔性基地材料，構(gòu)建了新型柔性、可生物降解的一氧化氮傳感器。這種材料和目前我們?cè)谕饪剖中g(shù)中使用的可吸收縫線(xiàn)類(lèi)似，可以水解。一些剩余的微量物質(zhì)裂解后還可以被細(xì)胞吞噬，之后通過(guò)人體代謝排出。解決了生物可降解的技術(shù)難題。研究組和清華大學(xué)電子系副教授張沕琳合作開(kāi)發(fā)了無(wú)線(xiàn)傳輸裝置，這個(gè)裝置通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與傳感器連接，之后像創(chuàng)可貼一樣貼在皮膚外側(cè)就可以記錄電流信號(hào)，在iPad下載數(shù)據(jù)可視化軟件就能完成實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
一氧化氮濃度與神經(jīng)傳遞異常、心血管收縮與擴(kuò)張、身體炎癥都有關(guān)系。我們國(guó)家有超過(guò)一億的關(guān)節(jié)炎患者，而且人數(shù)在不斷增加，除了關(guān)節(jié)紅腫、熱痛，造成功能障礙和關(guān)節(jié)畸形，嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致殘疾。所以如果能及時(shí)捕捉一氧化氮升高的信號(hào)，就能為外科干預(yù)盡早提供依據(jù)。體外實(shí)驗(yàn)中，研究人員將傳感器植入新西蘭兔的骨關(guān)節(jié)腔，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軟骨細(xì)胞以及骨關(guān)節(jié)腔內(nèi)一氧化氮濃度變化。最具突破性的就是在植入兔子體內(nèi)8周后，按照預(yù)想，整個(gè)器件在體內(nèi)完全消失，根據(jù)元素含量測(cè)試和組織染色切片，器件構(gòu)成元素消失后，細(xì)胞形態(tài)如常。這種特性即減少了未來(lái)臨床診斷中的感染風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)怕痛的患者也是一種安慰。
目前研究組計(jì)劃對(duì)這一技術(shù)繼續(xù)改進(jìn)，希望將外接的無(wú)線(xiàn)傳輸模塊和傳感器集成，一次性植入較大體積的哺乳動(dòng)物體內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。雖然現(xiàn)階段與一氧化氮相關(guān)疾病的患者還不能享受這一創(chuàng)新帶來(lái)的便利，但研究組已經(jīng)在材料層面實(shí)現(xiàn)生物可降解這一重大突破，未來(lái)在對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行提升后，可以很快的與醫(yī)學(xué)機(jī)構(gòu)銜接。于此同時(shí)，這一技術(shù)也體現(xiàn)出了廣闊的醫(yī)學(xué)前景，或許不久的將來(lái)我們也能實(shí)現(xiàn)可降解的多巴胺、血糖傳感器。
