新的可穿戴设备可以测量皮肤下肿瘤的大小变化

佐治亚理工学院和斯坦福大学的工程师们发明了一种小型自主设备，带有可伸缩/柔性传感器，可以附着在皮肤上，测量下面肿瘤大小的变化。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。很少有人能做到人类患者由于测量技术的发展，寻找新疗法的过程非常缓慢肿瘤药物治疗的消退需要数周时间才能读出反应。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。

“在某些情况下，观察下的肿瘤必须用卡尺手工测量，”该研究的第一作者、斯坦福大学工程学院鲍哲南实验室的博士后亚历克斯·艾布拉姆森(Alex Abramson)说，他现在是佐治亚理工学院的助理教授软组织不理想，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型电子背包上，这个背包是由前博士后和合著者Yasser Khan和Naoji Matsuhisa设计的。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。

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。”

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