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杏彩体育竞彩:广东以色列理工学院王燕教授团队 ACS Nano

时间:2024-02-22 04:44:49点击次数: 来源:杏彩体育官网app下载安装苹果 作者:杏彩体育赞助

  柔性生物电子凭借其卓越的机械、电学和生物相容性等特性,广泛应用于健康监测、药物输送、人机界面和虚拟现实/增强现实等不同场景。此外,由于其机械柔软性、生物相容性、临床级精准度、长期稳定性和患者友好性,柔性生物电子在可携带的精准治疗中扮演着关键角色。因此,将柔性生物电子的传感和治疗功能有效地结合,已成为实现去中心化医疗保健的重要目标。

  近日,广东以色列理工学院Yan Wang(王燕)教授课题组围绕可穿戴和可植入治疗生物电子,特别关注了其在多种典型疾病治疗方面的最新进展,包括皮肤伤口、糖尿病、眼部疾病、癌症、心血管及神经性疾病等。我们深入讨论了材料、器件、疾病诊疗作用机理,最后从监测-诊疗闭环系统、灵敏度和特异性、生物相容性、AI及商业化应用等方面提出柔性精准诊疗的未来发展方向。该工作以“Soft Bioelectronics for Therapeutics”为题发表在《ACS Nano》上。论文的第一作者是博士生章宗漫和实验室管理员祝忠泰(前)。该研究得到广东省科技厅和李嘉诚基金会的支持。

  图1:用于可穿戴和植入式精准治疗的柔性生物电子示意图。左侧显示针对皮肤伤口、糖尿病、眼部康复和肌肉疾病的可穿戴柔性生物电子的代表性示例;右侧显示针对心律失常、癌症、神经系统疾病和骨折修复的植入式柔性生物电子代表性示例。

  可穿戴生物电子器件为个性化医疗带来了惊人的进步 。特别是直接贴在皮肤上的可穿戴生物电子器件,通过有效地提供电、热、光和化学刺激,为实时监测和诊断,以及高精度治疗提供了有前途的替代方案 。与传统的需要长期住院或患者/医生干预的治疗方法相比,可穿戴生物电子器件具有优越的柔性、便携性、轻量性、舒适性、易用性、低成本,并能在上实现无创、及时、精确和长期的治疗。为此,许多可穿戴技术已经开发出来,以实现高精度治疗。在本节中,我们将回顾可穿戴生物电子器件在代表性疾病,如皮肤创伤、糖尿病、眼科疾病、肌肉障碍和其他(如心血管疾病、肿瘤和脱发)方面的最新治疗应用。

  图3:使用闭环系统可穿戴生物电子学用于皮肤伤口治疗。(a) 由柔性印刷电路板(FPCB)和与组织界面导电粘合水凝胶电极组成的无线智能绷带的示意图和照片(背面). (b) 有无电刺激的创伤再生过程的代表性照片. (c) 随时间变化的创面相对大小,显示出刺激加速了组织再生. 经许可转载自参考文献100. 版权2023 Springer Nature.

  图4:基于微针药物传递系统的可穿戴治疗生物电子学用于糖尿病治疗。(a) IWCS设备的照片(左),包括RIMNs传感器、FPCB、IMNs传感器和锂离子聚合物电池,与智能手机应用程序连接(右). (b) 在糖尿病大鼠身上同时应用RIMNs传感器和IMNs设备的照片. (c) 通过同时安装RIMNs传感器和IMNs设备在的大鼠身上,实现动态血糖监测和胰岛素释放. (d) 统计分析显示RIMNs传感器与相应时间点的实际血糖相比的检测误差. 经许可转载自参考文献112,版权2021 John Wiley and Sons,遵循Creative Commons CC BY许可. (e) 石墨烯功能化的糖尿病贴片的示意图. (f) 可生物降解的温敏微针的示意图. (g) 不同温度下微针的药物释放情况. (h) 微针与加热器集成的照片,该加热器贴在糖尿病小鼠腹部附近的皮肤上. (i) 糖尿病小鼠的光学显微镜图像(左)及其放大视图(右),其皮肤用曲普蓝染色以显示微针穿透所产生的微小柱. (j) 药物负载组和对照组小鼠的血糖浓度变化情况. 经许可转载自参考文献113,版权2016 Springer Nature.

  图5:基于智能隐形眼镜的可穿戴治疗生物电子学用于眼部康复。(a-c) DDSs和(d-f) WTCL的离子导入法. (a) 智能CL的示意图,由生物传感器、f-DDS、无线电力传输系统和应用专用集成电路(ASIC)芯片组成,戴在兔眼上,用于同时诊断和治疗糖尿病视网膜病变. (b) 使用智能CL和商用血糖仪分别测量的泪液和血液中的葡萄糖水平的体内动态变化. (c) 分别在运行0、15和30分钟后的眼睛、智能隐形眼镜和传输线圈的红外热成像图,显示其温度. 经许可转载自参考文献129,版权2020美国科学促进会,遵循Creative Commons CC BY 4.0许可. (d) 用于闭环IOP感测和药物输送的高度紧凑WTCL设备的无线操作示意图. (e) 使用单WTCL设备同时进行IOP感测和药物输送. 通过无线WTCL设备监测兔子的IOP,并通过同一WTCL设备上的无线离子导入法进行布里莫尼定输送. (f) 与离子导入法、自由扩散和滴眼液相比,通过WTCL输送药物后0.5和2小时或0.8小时的IOP变化情况,分别通过Tonopen测量. 经许可转载自参考文献138,版权2022 Springer Nature,遵循Creative Commons CC BY许可.

  图6:可穿戴治疗生物电子用于肌肉疾病治疗。(a-c) 使用Ag-水凝胶电极的电刺激和(d-i) 使用D-T-TENG的电刺激. (a) 连接到商用电肌肉刺激器并放置在小腿胫骨前肌上的Ag-水凝胶电极的光学图像. (b) 踝关节背屈角度随刺激时间的相对变化. (c) Ag-水凝胶电极贴在手臂上,用于向前臂后部的肌肉传递电信号的光学图像. 经许可转载自参考文献159,版权2021 Springer Nature. (d) 具有薄而柔软特性的D-T-TENG用于肌肉康复. (e) 大鼠胫骨前肌和腓肠肌刺激和相应的腿部运动的测试装置的图像,通过选择性肌肉刺激实现. (f) 基于D-T-TENG的选择性肌肉刺激的电路图. (g) 4层D-T-TENG的可控峰值电流随压力面积变化以及放大的电流曲线. (h) 通过控制D-T-TENG不同压力面积在1 MΩ负载下产生的电流曲线. (i) 通过压力D-T-TENG不同数量的方格产生的大鼠腿部相应的力曲线. 经许可转载自参考文献165,版权2019 John Wiley and Sons,遵循Creative Commons CC BY许可.

  图7:可穿戴治疗生物电子用于心血管及肿瘤治疗。(a-c) 使用经皮药物输送的心血管治疗和(d-g) 使用电热治疗的皮下肿瘤治疗. (a) 自供电离子导入法和TENS的示意图. (b) 通过自然扩散和自供电离子导入贴片向猪皮输送药物的体外实验. (c) 使用自供电离子导入贴片在体内输送药物的实验. 经许可转载自参考文献173,版权2022美国科学促进会,遵循Creative Commons CC BY 4.0许可. (d) HTP的示意图,由金属化银纳米纤维网络加热层、PVA和聚乙烯吡咯烷酮支撑层和PDMS弹性体封装层组成. (e) 轻度热肿瘤治疗的图像. (f) 高温诱导的皮下肿瘤凋亡过程. (g) 原位肿瘤模型的肿瘤体积增长曲线. 经许可转载自参考文献186,版权2022 John Wiley and Sons.

  图8:使用非药物物理治疗(电刺激)的可穿戴治疗生物电子器件用于其他疾病的治疗,例如脱发. (a) 毛发再生的m-ESD系统的示意图. (b) m-ESD的设计和机制. (c) m-ESD对裸鼠毛发再生的影响. (d) 不同治疗区域下毛发长度随时间变化的热图. (e) 不同治疗组裸鼠的最终毛发长度. (f) 不同治疗组毛囊(HF)增殖随时间变化的曲线天的HF增殖情况. 经许可转载自参考文献188,版权2019美国化学会.

  与可穿戴疗法不同,植入式生物电子学直接连接到体内特定器官和组织,从而实现有效的反馈刺激。迄今为止,已经开发了多种具有所需功能的植入式生物电子学,以患者友好的方式治疗复杂疾病。在本节中,我们将讨论植入式生物电子学在典型疾病治疗中的最新应。

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