纳米工程师打造“芯片上的野战医院”

美国海军研究办公室(ONR)拨款160万美元，加州大学圣地亚哥分校纳米工程教授约瑟夫·王将领导一个项目，创建一个“芯片上的野战医院”，士兵可以在战场上佩戴。

自动化的感觉和治疗系统将持续监测士兵的汗水、眼泪或血液，以寻找标记常见战场伤害的生物标志物，如创伤、休克、脑损伤或疲劳。一旦该系统检测到战场上的伤害，它将自动管理适当的药物，从而在士兵到达野战医院之前就开始治疗。

战场”,因为大多数死亡发生在受伤后的第一个30分钟,快速诊断和治疗是提高生存率的关键,受伤的士兵,”约瑟夫说,雅各布斯工程学院纳米工程教授在加州大学圣地亚哥分校和项目的主要研究者。

为了实现他们的“芯片上的野战医院”的想法，工程师们将需要建立一个微创系统，同时监控多个生物标志物，并使用系统的“智能”处理所有生物标志物信息，并整理出准确、自动化的诊断。这些诊断将立即引发药物输送或其他医疗干预。

“今天糖尿病患者的胰岛素和葡萄糖管理系统不包括能够执行复杂逻辑操作的智能传感器，”王说，他帮助开发了第一个监测患者汗液血糖的无创系统。“我们正在研究一个不同的系统。它将监测生物标记物，决定一个人所遭受的伤害类型，然后开始相应的治疗。”

“在复杂的生理过程和可植入设备之间开发一种有效的界面，可以产生更广泛的生物医学影响，提供自主的、个性化的、‘按需’的医疗服务，这是个性化医疗新领域的目标，”王说。

为了达到自动化诊断的灵活性水平，研究人员计划在Evgeny Katz最近展示的“酶逻辑”突破的基础上进行研究。Evgeny Katz是一名获得资助的合作研究人员，也是克拉克森大学化学和生物分子科学的Milton Kerker主席教授。欧洲杯线上买球

Katz和他的同事最近证明，酶不仅可以测量生物标志物，还可以提供必要的逻辑，根据多种生物变量做出有限的诊断。

然而，王和他的团队目前面临的众多挑战之一是让酶逻辑系统可靠地工作在人类可以佩戴的传感电极上。到目前为止，酶的逻辑操作只在溶液中被证明过。

从生物标记到1 0和治疗

乳酸、氧气、去甲肾上腺素和葡萄糖是损伤生物标志物的例子，这些标志物将作为其原型逻辑系统的生物输入信号。含有酶的电极将作为传感器，并提供必要的逻辑，将生物标志物转化为产品，然后可能被电极上的另一种酶提取，以进行进一步的逻辑操作。电极还将充当传感器，产生一串1和0，激活智能材料，根据预先确定的治疗计划释放药物。欧洲杯足球竞彩

“我们只想要1和0。1和0的模式将揭示损伤的类型，并自动触发适当的治疗，”王说。

例如，如果一名受伤的士兵进入休克状态，电极上的酶将感知到生物标记乳酸、葡萄糖和去甲肾上腺素水平的上升。反过来，酶产生的产物浓度也会发生变化——过氧化氢升高，去甲氧醌降低，NADH升高，NAD+降低。这将导致内置的逻辑结构输出信号“1,0,1,0”，该信号指向休克，并将触发一个预先确定的治疗反应。

“这是行动中的生物计算，”王说。

“我们才刚刚开始这个项目。在头两年，我们的主要重点将是传感器系统。将酶逻辑整合到电极上，以读取来自身体的生物标志物输入，这将是我们的首要挑战之一。”

在这个为期四年的项目结束时，研究人员希望能有一个工作原型，借助酶的逻辑，它可以检测不同的损伤生物标志物组合。与此同时，研究人员还将研究释放药物的信号响应膜，以及允许传感器与药物传递系统通信的电子或光电系统。

王说:“我们真的希望我们的酶逻辑感知和治疗系统将彻底改变受伤士兵的监测和治疗，并显著提高他们的存活率。”