可植入天线


  丝和金,这对米兰时装周T形台上的搭档,如今也是一种新型植入式生物感应器的主要成分。塔夫斯大学(Tufts University)的研究人员用液体丝和微图形金精心制作了一个微型天线。这一天线可辨认出人体内的特殊蛋白质和化学成分,能无线提供疾病信息给医生。

  根据塔夫斯大学生物医学工程教授费奥伦茨•奥门托(Fiorenzo Omenetto)所言,丝是一种医疗植入用天然平台,它具有生物相容性,精密而柔软,并且比凯夫拉尔(一种合纤维)坚韧。植入人体后,不像传统的聚合物基植入体,丝可以与任何组织表面相融合,可以在一个地方待很长时间而不产生不良反应。 之前,奥门托已经利用丝的这些特性,将丝成形为小芯片和韧性网格,用其与晶体管配合追踪分子,或与电极配合监测大脑活动。

  如今,奥门托正在探索将丝与超材料相结合,超材料是指像金、银、铜等一类金属,在微米和纳米级经过处理,以展现其通常在自然条件下不能显示的电磁特性。比如,科学家已经发明超材料,通过操纵金属向各个方向折射物体上的光线,表现出不可见状态,就像穿了“隐身衣”一样。

  奥门托和他的同事,波士顿大学的物理学助理教授理查德•阿维芮特(Richard Averitt),用类似的原理发明了一种超材料,对可见光没有反应,而是产生与电磁波谱更接近的频率(在太赫兹以内)。人体内的蛋白质、酶和化学成分在兆赫兹频率都会自然地产生共振,这不是一种巧合,而且据阿维芮特讲,每一种生物制剂都有其自身的太赫兹“信号”。

  太赫兹学科是一门新型并且成长中的领域,有一些研究小组正在研究特殊蛋白质的“T-射线”信号。有朝一日,丝制超材料天线就会捕捉到这些信号,并且无线发送信号到计算机,提供化学成分水平和监测疾病的报告。

  为了设计出这种天线末端的响应,研究小组通过将丝熬浓,并将其液体溶液倾倒在厘米见方的薄膜上生成一个具有生物相容性的基底。然后,研究人员将金喷射到丝制薄膜上,并用微小的模板沿着薄膜刻出不同的图案。薄膜上的每一块区域依据金的不同图案对不同的太赫兹频率做出响应。此后,研究小组在胶囊周围包裹具有图案的薄膜形成一个天线。

  为了测试其性能,奥门托和阿维芮特将天线置于太赫兹频率的辐射,发现在某一特定频率,天线将会发生共振。为进行下一步,研究人员将天线植入到猪体内几层肌肉组织中,也检测到了太赫兹频率信号。

  奥门托说:“下一步,我们将尽力检测一些,或许将天线与我们想要检测的东西联系起来,比如葡萄糖,看看我们是否能复制这些过程,并对共振现象挖掘出一些有意义的信息。”

  莱特•帕特森空军基地空军科学研究实验室(the Air Force Research Laboratory at Wright-Patterson Air Force Base)的材料科学专家拉杰什•奈克(Rajesh Naik)表示,这一研究有很大的实用前景。

  奈克说:“蛋白质或者其他分子可以被丝制薄膜所包围,允许其监测活跃的化学反应。类似的共振结构也可以在其他聚合物材料上图形化,但是,丝具有生物相容性这一额外优势。”