斯坦福大学开发的柔性传感器设备为治疗癌症开辟了新的可能性
2022-11-29 10:32:01来源：cnBeta
斯坦福大学的工程师们开发了一种紧凑、自主的设备，它有一个可拉伸的柔性传感器，用于评估皮肤下肿瘤的变化大小。这种由电池供电的非侵入性设备可以实时向一个智能手机应用程序无线传输结果，并且对百分之一毫米(10微米)的微小事物足够敏感。
研究人员声称，他们的FAST设备(代表"测量肿瘤的灵活自主传感器")是一种全新的、快速的、负担得起的、免提的和准确的评估癌症药物有效性的方法。在更大的范围内，它可能为令人兴奋的癌症治疗新方向铺平道路。研究人员的发现最近发表在《科学进展》杂志上。
研究人员每年使用带有皮下肿瘤的小鼠来测试成千上万种潜在的癌症药物。很少有药物能用于人类患者，而且开发新药的过程很耗时，因为评估药物治疗后肿瘤消退的工具需要数周时间才能读出反应。肿瘤固有的生物差异，现有测量技术的缺陷，以及相对有限的样本量，使得药物筛选具有挑战性和劳动密集型。
该研究的第一作者、斯坦福大学工程学院化学工程系K.K. Lee教授鲍振南实验室最近的一名博士后Alex Abramson说："在某些情况下，被观察的肿瘤必须用卡尺手工测量。"但使用金属钳子般的卡尺来测量软组织并不理想，而且放射学方法不能提供实时评估所需的那种连续数据。FAST可以在分钟级检测肿瘤体积的变化，而卡尺和生物发光测量往往需要长达数周的观察期才能读出肿瘤尺寸的变化。
黄金的力量
FAST的传感器由一种灵活的、可拉伸的皮肤状聚合物组成，其中包括一层嵌入式的黄金电路。这个传感器与一个由前博士后和共同作者Yasser Khan和Naoji Matsuhisa设计的小型电子背包相连。该设备测量膜上的应变--它拉伸或收缩的程度--并将该数据传输到智能手机上。使用FAST背包，与肿瘤大小回归有关的潜在疗法可以迅速而有把握地被排除无效数据，或协助医务人员快速介入进一步研究。
基于对小鼠的研究，研究人员说，新设备至少提供了三个重大进展。首先，它提供了连续监测，因为传感器与小鼠物理连接，并在整个实验期间保持原位。第二，灵活的传感器包裹着肿瘤，因此能够测量其他方法难以辨别的形状变化。第三，FAST既是自主的又是非侵入性的。它与皮肤相连--与粘性绷带不一样--由电池驱动并以无线方式连接。鼠标可以自由移动，不受设备或电线的束缚，而且科学家不需要在传感器放置后主动处理小鼠。FAST包也是可重复使用的，组装成本仅为60美元左右，并且可以在几分钟内连接到小鼠身上。
突破之处在于FAST的柔性电子材料。涂在皮肤状聚合物上面的是一层金，当被拉伸时，会出现小裂缝，改变材料的导电性。拉伸材料，裂缝的数量增加，导致传感器的电子电阻也增加。当材料收缩时，裂缝重新接触，导电性能得到改善。
Abramson和共同作者、东京大学副教授Matsuhisa都描述了这些裂缝的扩展和电导率的指数变化如何在数学上等同于尺寸和体积的变化。
研究人员必须克服的一个障碍是担心传感器本身可能会通过对肿瘤施加不适当的压力，有效地挤压它而影响测量。为了规避这一风险，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和柔软。
"这是一个具有欺骗性的简单设计，"Abramson说，"但这些固有的优势应该对制药和肿瘤学界非常有趣。FAST可以大大加快、自动化和降低癌症疗法的筛选过程的成本"。
