科学家研发利用电容变化来测量血流量的传感器

以戴手套的手指作为对比，展示了在支架骨干上的概念验证流量传感器据麦姆斯咨询报道，研究人员开发出一款可伸缩传感器，能够与脑动脉瘤治疗中的分流器配合使用，无需诊断即可追踪血管中的血流动力学。

来自乔治亚理工学院（Georgia Tech’s Institute）电子和纳米技术专业，匹兹堡大学（the University of Pittsburgh）和韩国材料研究所（Korea Institute of Materials Science）的研究人员组成的合作团队开发出一款能够利用电容变化来测量血流量的传感器。

该团队表明，这款传感器可以准确测量动物血管的体外流动。现在他们正在致力于实现这项体内实验的无线操作。Woon-Hong Yeo是该项目的研究人员之一，他在一篇新闻稿中表示，“纳米结构的传感器系统在患者治疗中具有很多优势，包括侵入性较小的动脉瘤治疗和主动监测能力，集成系统可以在术后主动监测血流动力学，允许医生跟踪定量测量分流器在治疗中的工作情况。”动脉瘤最常见的治疗办法是使用铂金弹簧圈置入动脉瘤囊。然而，支架状分流器为脑动脉瘤提供了一种侵入性较小的治疗方法。

流量转向将多孔支架放置在动脉瘤的颈部，以重新引导动脉瘤囊的流动，防止局部血栓的发生。匹兹堡大学斯万森工程学院（Swanson School of Engineering）的助教Youngjae Chun解释道，“利用高孔薄膜镍钛合金，我们开发出一款高伸缩性、超弹性的分流器。现有的分流器中没有一款能够定量、实时监测脑动脉瘤囊内血流动力学。

通过与乔治亚理工学院Yeo博士所带领小组的合作，我们开发出一款智能分流系统，能够主动监测手术中和手术后的血流变化。”受损的动脉修复可能要花费数月或数年，也就意味着对分流器的监测必须使用MRI（核磁共振）和血管造影。上述两种办法都非常昂贵，且需要将磁性染料注入到血液中去。研究团队开发出的传感器可以作为医院监测治疗的解决方案，使用无线感应线圈并通过传感器发送电磁能量。系统可以根据能量的谐振频率通过传感器时所发生的变化来测量囊内的血流变化。

Yeo说道，“我们正在努力开发无需电池的无线装置，该装置将拥有极强的伸缩性和灵活性，也可以小型化，足以通过大脑中微小且复杂的血管，安装起来不会被破坏。将这样的电子系统插入到大脑狭窄且弯曲的血管中是非常具有挑战性的。”凭借缠绕在分流器介电材料周围的两层金属层微膜，传感器的厚度可以达到几百纳米。传感器的生产使用了柔软的弹性材料，以及纳米制造和材料转移印刷技术。

Yeo表示，“薄膜通过分流器的流动而发生偏转，根据流动强度、速度差，偏转量也相应发生变化。我们基于电容变化测量偏转量，因为电容与两层金属层之间的距离成反比。”由于大脑中的血管非常细小，分流器的长度只有5~10毫米，厚度仅为几毫米，也就意味着传统的传感器因其庞大的电子电路而无法使用。

Yeo继续说道，“目前，将功能材料和电路放入如此小的物体中几乎是不可能的。基于传统材料和设计理念，我们所做的工作非常具有挑战性。”研究团队在传感器上做了金、镁和镍钛合金的测试，发现所有材料都可以安全用于体内，但是镁在不需要使用时可以溶于血液。通过体外测试，该团队将概念验证传感器连接到导线，目前团队成员正在开发一种可用于动物模型的无线传感器。目前，植入式传感器正用于临床腹部血管监测，但是监测大脑中的细小血管还是一个待解决的挑战。

Yeo指出，“传感器必须完全压缩再放置，因此拉伸比例需要达到300%或400%。传感器结构必须能够承受上述处理，同时保持舒适且能够弯曲以适应血管内部结构。”研究团队的研究成果发表在《美国化学会•纳米》（ACS Nano）期刊上。