加州大學圣地亞哥分校（UC San Diego）開發(fā)的可穿戴光聲傳感貼片有望用于臨床實踐和研究。

這款可穿戴光聲傳感貼片可以幫助臨床醫(yī)生診斷腫瘤、器官功能障礙等疾病

對血流和血管進行非侵入性成像，是許多生物光子學技術實現(xiàn)臨床價值的關鍵。

調(diào)研顯示，尤其是血紅蛋白分子成像，其所帶來的影響巨大，該技術將有助于“分散醫(yī)療，以及將可穿戴技術應用于病患的自我監(jiān)測”。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，加州大學圣地亞哥分校（UCSD）的研究人員對這一課題做出了新的貢獻，他們開發(fā)了一種可穿戴電子貼片，能夠監(jiān)測深層組織中的生物分子，包括血紅蛋白。該研究成果已發(fā)表于近期的Nature Communications。

加州大學圣地亞哥分校Sheng Xu表示：“血紅蛋白在體內(nèi)的數(shù)量和位置，可以提供有關血液灌注或特定位置積聚的關鍵信息。我們開發(fā)的可穿戴貼片在密切監(jiān)測高危人群方面顯示出巨大潛力，有助于在緊急時刻為病患提供及時干預。”

可穿戴電子貼片結構和工作原理示意圖。該貼片包括VCSEL陣列和壓電式超聲換能器陣列，由蛇形銅電極互連。吸收光能后，紅細胞中的血紅蛋白分子發(fā)生熱彈性膨脹，并將聲波輻射到周圍介質(zhì)中。然后，超聲換能器陣列收集光聲波，并傳輸?shù)胶蠖讼到y(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理。

這種貼片基于光聲（PA）傳感技術，這是一種將血紅蛋白分子暴露于快速激光脈沖，并對所產(chǎn)生的瞬態(tài)超聲脈沖進行成像的技術。光聲成像作為一種血紅蛋白標測技術，以及MRI或X射線CT的替代技術，十多年來一直是臨床研究的主題。

加州大學圣地亞哥分校將光聲成像技術與柔性可穿戴貼片概念相結合，類似于目前可用的采用電化學或光學傳感模式的設備。特別值得注意的是，該團隊的目標是能夠感知深層組織中的分子，這些分子與代謝過程的相關性，要強于現(xiàn)有貼片技術能夠檢測的表面分子。

深度觸及內(nèi)臟器官，一個巨大的挑戰(zhàn)

該貼片集成了24個高功率850 nm垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）陣列，分四排等間距的排列，并串聯(lián)連接，在VCSEL列之間布置了240個壓電式超聲換能器。

柔性光聲傳感貼片在不同變形下的光學照片。中間和右側圖片中的插圖分別是單個超聲換能器元件和VCSEL二極管的光學顯微照片。

據(jù)論文介紹：“由蛇形金屬電極互連的VCSEL二極管和超聲換能器陣列封裝在彈性基體中。高功率VCSEL二極管可以產(chǎn)生穿透2 cm以上生物組織的激光脈沖，并激發(fā)血紅蛋白分子產(chǎn)生聲波。”

體內(nèi)血管成像和靜脈阻塞試驗

在試驗中，該貼片被應用于組織模型和離體豬組織，然后對志愿受試者進行了測試，其中深度穿透測量為1.1 cm。研究團隊表示，在這些深層組織中實現(xiàn)了具有亞毫米空間分辨率的血紅蛋白三維映射。

未來進一步的研究將包括使用更高功率的VCSEL，因為檢測深度與照明光強度息息相關。該項目指出，由于人體器官和外部皮膚之間的距離，對人體心臟進行光聲成像仍然“極具挑戰(zhàn)”，但更高功率的光源可以提高對內(nèi)臟器官區(qū)域的檢測深度。

加州大學圣地亞哥分校Xiangjun Chen表示：“持續(xù)監(jiān)測對于及時干預以防止危及生命的情況惡化至關重要?；陔娀瘜W實現(xiàn)生物分子檢測的可穿戴器件（不限于血紅蛋白），是長期可穿戴監(jiān)測應用的理想方案?！?/p>

審核編輯：劉清