人體內特殊部位的壓力，是監(jiān)測人體各種嚴重甚至致命的醫(yī)學狀態(tài)的關鍵診斷參數(shù)，包括顱內、腹腔內和肺動脈高壓等。商用的植入式傳感器在測量壓力方面提供了較好的準確性和穩(wěn)定性，但在患者康復后需要手術切除，以避免感染和其他的風險?？扇芙庠谏矬w液環(huán)境中的傳感器（或生物可吸收的傳感器）可避免此類手術的需要，但目前的設計大多涉及硬接線連接，無法在臨床壽命內提供定量測量。
日前，美國西北大學Rogers教授帶領的團隊研制了一種基于無源電感電容諧振電路的生物可吸收無線壓力傳感器，其結構布局和材料組合克服了這些缺點。該傳感器經(jīng)過優(yōu)化設計，靈敏度最高可達到200 kHz mmHg?1，分辨率可達到1mmHg。使用Si3N4膜和天然蠟封邊的包封方法，可實現(xiàn)在體內長達4天的穩(wěn)定工作。相關工作以“Bioresorbable Wireless Sensors as Temporary Implants for In Vivo Measurements of Pressure”發(fā)表在《Advanced Functional Meterials》。
?
工作機理：
?
其工作原理基于諧振電路(LC電路)的無線壓力傳感器?？勺冃蔚膶щ娔⒅車黧w的壓力轉化為機械響應。將這種薄膜與固定電極配對形成平行板電容器，進而將這種彎曲變形轉化為電容的變化（如圖2所示）。而電容的變化還會導致電路的諧振頻率發(fā)生變化，這可以通過與外部天線的無線耦合來檢測。
工藝過程：
?
這些裝置的結構包括線圈感應器和電容傳感器，并用絕緣層作為隔水屏障。首先，采用激光切割鎂箔，制作螺旋線圈感應器（100μm厚；圖3a）和電容器組件（底部電極250μm；間隔100μm），將激光切割的鋅箔（2μm）夾在兩層聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)（每層5μm）之間，然后熱壓，加工出頂部的柔性電極（圖3a，中心）。然后進行電容式傳感器的組裝：用堪地里拉蠟（一種生物相容性蠟）連接底部電極和間隔棒，并通過用乙酸乙酯蒸汽處理PLGA底層的底表面來粘附上電極，以提高與間隔棒的粘合性。最后使用導電蠟（鎢粉和堪地里拉蠟的混合物）將線圈與傳感器電連接，產(chǎn)生LC諧振電路（圖3a）。在上電極上層壓一層Si3N4（2μm）的獨立膜，并在傳感器周圍涂覆一層生物相容性蠟（≈500μm），完成制造。
工作性能：
Si3N4和蠟制作的生物可吸收的生物體液隔膜可在體內穩(wěn)定運行4天。系統(tǒng)試驗表明，所得傳感器的性能可達到商用植入式傳感器的響應水平，與用于監(jiān)測顱內壓力升高值（ICP）的臨床標準設備相當。
該裝置的一個關鍵特征是所有組成材料都是可生物溶解的。圖4顯示了37℃下磷酸鹽緩沖鹽水中的相關化學和物理過程：鎂和鋅與水反應形成可溶氫氧化物，導電蠟中的鎢在水中氧化生成可溶性酸，氮化硅與水反應生成硅酸和氨，PLGA水解為乳酸和乙醇酸并溶解，而生物相容性蠟在體內降解緩慢。
亮點小結：
Rogers團隊研制的傳感器完全由生物可吸收材料構成，在一定時間段內可穩(wěn)定運行，但最終完全溶解在生物體液中，從而避免了商業(yè)同類產(chǎn)品所需的提取手術。用于傳感的無源LC諧振機制實現(xiàn)無電池操作，傳感器結構簡單。改進壓力相關電容器的設計，即增加空氣腔的體積和減少寄生電容，可以達到臨床應用所需的精確度和精密度。
全文鏈接：
