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文献专栏

生物电子材料在心血管微应力实时监测中的妙用 -《ACS Nano》(南京理工大学)

发表时间:2019-10-08 15:23
心血管疾病是威胁人类健康的“头号杀手”,心血管疾病的“超前预测”和“术后实时追踪”是临床有效诊断此类疾病的关键所在,特别是针对需要血管肿瘤切除、心脏内支架、瓣膜,血管置换和血管内支架等重症心血管疾病患者。然而,现行的各类蛋白酶筛查技术由于缺乏精准的特异性识别功能,使心血管疾病的超前预测和实时追踪成为临床诊疗的世界性技术难题。为此,南京理工大学冯章启课题组长期致力于生物电子材料与纳米器件的开发,试图通过监测心血管壁外微应力的变化构建心血管疾病超前预测和实时追踪的新方法。目前,该课题组取得阶段性技术突破。相关研究近期以题为“Core/Shell Piezoelectric Nanofibers with Spatial Self-Orientated β-Phase Nanocrystals for Real-Time Micropressure Monitoring of Cardiovascular Walls”发表在国外杂志《ACS Nano》上。
生物电子材料1.jpg
图1. 高性能PVDF/HHE压电纳米纤维的分子结构示意图。

该研究首创了一种制备高性能有机“力-电转换”材料的新策略,利用盐酸羟胺(HHE)为诱导剂,在纳米尺度实现了对聚偏氟乙烯(PVDF)分子链重结晶过程的精准控制,成功获得了具有丰富定向β相纳米晶结构的HHE/PVDF壳核纳米纤维,其在1kPa微压强作用下可产生1154 V/cm3 的电压输出并具备优异的稳定性、敏感性以及生物相容性。据此,课题组设计制造了一种柔性植入式压力传感器,将该传感器植入到实验动物(成年猪)体内外周血管和心脏部位,其不仅清晰记录了心血管系统在血栓形成初期、中期和末期的全身血液压力的细微变化,同时输出的压力信号更精确、实时地反映了病变位置在发病初期由于组织和细胞异化所造成的心血管壁外压力的微小差异。这一功能的实现为心血管疾病的超前预测和术后实时追踪提供了临床研究的成功典范。同时,这一超灵敏柔性植入式压力传感器的成功研制也为体内微应力的精准检测提供了可参考的新方法。

生物电子材料2.jpg

图2. 基于压电纳米纤维的微压力传感器探测在血栓形成前期、中期和后期过程中心脏和外周血管壁外的压力变化情况。
致谢东南大学生物电子学国家重点实验室、东部战区总医院、美国阿克伦大学(The University of Akron)作为协作单位共同协助完成了动物临床医学评价。该研究在国家自然科学基金和江苏省自然科学基金支持下完成。
全文链接:
https://doi.org/10.1021/acsnano.9b02483


来源:高分子科学前沿

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