斯坦福大学、佐治亚理工学院、南加州大学维特比工程学院和东京大学的工程师们发明了一种小型自主设备，bob国际首页登录带有可伸缩/柔性传感器，可以附着在皮肤上，测量肿瘤大小的变化。这种非侵入性、电池驱动的设备灵敏度为百分之一毫米(10微米)，只需按下一个按钮，就可以将检测结果实时无线传输到智能手机应用程序上。
研究人员说，在实际应用中，他们的设备被称为FAST，即“柔性自主传感器测量肿瘤”，代表了一种全新的、快速、廉价、免提和准确的方法来测试癌症药物的疗效。在更大的范围内，它可能会为癌症治疗带来有前景的新方向。
每年，研究人员在患有皮下肿瘤的小鼠身上测试数千种潜在的抗癌药物。很少有药物能用于人类患者，而且寻找新疗法的过程也很缓慢，因为测量药物治疗后肿瘤消退的技术需要数周才能读出反应。肿瘤固有的生物学变异、现有测量方法的缺点以及相对较小的样本量使得药物筛选困难和劳动密集型。
亚汗谢明(Ming Hsieh)是南加州大学电气与计算机工程系电气与计算机工程系的助理教授，他在斯坦福大学担任博士后研究员时帮助设计了这款设备。
“在某些情况下，所观察的肿瘤必须用卡尺手工测量，”他说亚历克斯·艾布拉姆森他是这项研究的第一作者，最近是美国科学院实验室的博士后鲍哲南斯坦福大学工程学院
使用金属钳样卡钳测量软组织并不理想，放射学方法不能提供实时评估所需的连续数据。FAST可以在分钟尺度上检测肿瘤体积的变化，而卡尺和生物发光测量通常需要数周的观察期才能读出肿瘤大小的变化。
FAST的传感器由一种柔软可拉伸的皮肤状聚合物组成，其中包括一层嵌入的黄金电路。这个传感器连接到一个小的电子背包上，这个背包是由前博士后和合作者Khan和Naoji Matsuhisa他现在就职于东京大学(University of Tokyo)。该设备测量薄膜上的张力——薄膜拉伸或收缩的程度——并将数据传输到智能手机上。使用FAST背包，与肿瘤大小退化相关的潜在疗法可以快速、自信地排除无效或快速跟踪进一步研究。
研究人员表示，这种新设备至少有三个显著的进步。首先，它提供持续监测，因为传感器与鼠标物理连接，并在整个实验期间保持不变。其次，柔性传感器包裹着肿瘤，因此能够测量其他方法难以识别的形状变化。第三，FAST具有自主和非侵入性。它与皮肤相连，就像创可贴一样，由电池供电并无线连接。鼠标可以自由移动，不受设备或电线的限制，科学家也不需要在放置传感器后主动操作鼠标。FAST包还可以重复使用，组装成本仅为60美元左右，几分钟内就可以连接到鼠标上。
汗说:“这项工作是可穿戴电子设备如何进一步发展精准医疗技术的一个主要例子——我们可以只用一个传感器和一个手机应用程序就能以几十微米的分辨率监测肿瘤的生长。与现有的任何成像技术不同，我们可以全天候观察肿瘤的发展，并准确地判断药物是否在治疗肿瘤。”
突破在于FAST的柔性电子材料。在类似皮肤的聚合物表面涂有一层金，当拉伸时，会产生小裂缝，改变材料的导电性。拉伸材料，裂纹数量增加，导致传感器中的电子电阻也增加。当材料收缩时，裂纹重新接触，电导率提高。
Abramson和合著者、东京大学副教授Naoji Matsuhisa描述了这些裂纹扩展和电导率的指数变化如何在数学上与尺寸和体积的变化相等。
研究人员必须克服的一个障碍是担心传感器本身可能会对肿瘤施加不适当的压力，从而有效地挤压肿瘤，从而影响测量结果。为了规避这种风险，他们仔细地将柔性材料的机械性能与皮肤本身相匹配，使传感器像真正的皮肤一样柔韧。
“这是一个看似简单的设计，”艾布拉姆森说，“但这些固有的优势应该会让制药和肿瘤学界非常感兴趣。FAST可以显著加快、自动化和降低癌症治疗筛查过程的成本。”
引用本文:Abramson et al.， Sci。第8期，eabn6550 (2022) DOI: 10.1126/sciadv.abn6550
亚历克斯·艾布拉姆森现在是佐治亚理工学院化学和生物分子工程助理教授;Yasser Khan，美国南加州大学谢明电子与计算机工程系助理教授;Carmel T. Chan是斯坦福大学前高级科学经理;Alana Mermin-Bunnell是斯坦福大学的学生;Naoji Matsuhisa是东京大学信息学和电子学工业科学研究所的副教授;Robyn Fong，斯坦福大学心胸外科生命科学研究教授;Rohan Shad是斯坦福大学医学院前博士后研究员;William Hiesinger是斯坦福大学心胸外科助理教授;Parag Mallick是斯坦福大学放射学副教授;鲍哲南是斯坦福大学化学工程李k.k.教授。
这项研究部分得到了NIH F32奖学金(Grant 1F32EB029787)和斯坦福可穿戴电子项目(eWEAR)的支持。
的eWEAR-TCCI科学写作奖项目是否由可穿戴电子产品计划(eWEAR)并通过eWEAR工业附属公司项目成员盛大集团和天桥陈绮莉学院(TCCI®)．
发布于2022年9月17日
最后更新于2022年11月15日
