2015十大智能医疗黑科技盘点

2016-01-27 20:11:09来源: 互联网

    2015年已经结束了,去年医疗科技发展的太快,以至于有时候都会有跟不上时代的感觉,很可能今晚过去,明天就会有新的科技成果出现。但我们还是迫不及待地要给大家做个盘点了。这些发生在 2015年的黑科技,可能有些在2014年就出现了,但今年才真正开始为人们所知,开始造福百姓;有些可能还在实验室研究中,但却具有非常大的市场价值;有些可能已经商业化,但却体现出十足的创新。虽然可能并不全面,但不管怎样,这些都是代表医疗科技的一种趋势,那下面就开始吧!

  1.可诊断多种疾病的微流体生物诊断芯片

  IBM研究者们研发出了一种能够定量检测多种疾病的便携式诊断芯片。由于IBM公司研究者LucGervais 和Emmanuel Delamarche的得力研究,利用毛细张力驱动微流体的方法可以急剧改变点护理诊断的现状。

  在IBM苏黎世实验室,科学家们把微流体元件与待分析物分子、检测抗体、捕获抗体等试剂结合在一起创造性地提出了一步免疫检测法。只需要5微升的人体血清样本就能完成夹心式免疫检测,并用荧光显微镜读出检测结果。微流体功能元件由一个用PDMS基底密封的反应腔、一个样本收集器、延时阀、检测抗体的沉积区、毛细泵、流体进出口组成。

  在一步免疫检测法中使用的芯片上布有精心设计的微流体通道,使我们能够精确控制芯片上待分析液体的体积、流速。检测抗体和捕获抗体的淀积区能够被精确限定,这样就可以使用很少的待测样品和小的检测区域完成检测任务。而且由于检测区域小,在一块芯片上可以同时分析多种蛋白子。

  在本研究中使用的芯片原型能够检测心脏标志物C-反应蛋白(CRP),芯片还可以为癌症,过敏,病毒,细菌提供定量检测,并与任何已知的蛋白标志物的疾病。

  

  未来进一步研制完全依靠毛细张力工作的多功能芯片证明了PDMS作为诊断测试、芯片实验室生物基底的潜力。

  Coris BioConcept和IBM正为把一步诊断芯片推向市场而合作。研究人员希望最终能够用塑料元件制作这种设备,并在医院推广使用。此外,IBM计划借助自己在半导体技术、制造经验上的优势,积极与其他生物研究者(包括研发用于神经系统疾病治疗中检测脑细胞的设备的Neuro-Zone公司)合作研发点护理产品。

  2.治疗癫痫的3D打印药片

  新一代神技“3D打印”可以打印吃的啦,并且还是药物!已经有相当多的研究者正在致力于这项技术的研发,比如《国际药学杂志》报道,伦敦大学学院的研究人员就成功试验了3D打印药片技术。而在这一点,美国的Aprecia公司走在前面,他们宣布美国食品药品监督管理局(FDA)已经批准了其号称“全球首个”3D打印药物Spritam(左乙拉西坦)速溶片上市,该药物用于治疗癫痫。

  不得不说这是整个3D打印领域的里程碑。因为它意味着可同时制造数以百万计的相同产品。

  3D打印技术的的独特优势除了便捷与个性化之外,还有一点不可忽视,就是它在结构上更加可控,这是传统制造方式无法企及的能力。而使用3D打印药物的好处是就是它包含有很多孔洞,在嘴里只需要一点点水就能溶解,对吞咽困难的患者(例如癫痫发作的病人)来说十分容易。用传统方法也可以制造出带孔洞的药物,但是更加困难,也更昂贵。

  畅想未来,打印药物也许能够满足更加定制化的医疗需求。还有一些研究者认为,3D打印药物或许能为发展中国家提供更便宜的药物生产方式。

  

  3.柔性微电子

  柔性微电子(Flexible Microelectronics)能够适应不规则的人体组织形状,并配合这些组织的运动,实现感知能力,将来甚至还能针对不同的生理参数做出反应。在这方面,谷歌隐形眼镜是一个代表。

  去年谷歌就宣布,它正在研发一款智能隐形眼镜,可通过分析佩戴者泪液中的葡萄糖含量帮助糖尿病患者监测血糖水平,从而免去糖尿病患者取血化验的痛苦。该隐形眼镜内置上万个微型晶体管和细如发丝的天线,以无线形式发送到智能手机等移动设备上。

  而今年,伊利诺伊大学教授约翰·罗格斯(John Rogers)联合华盛顿大学的一支研究团队开发出了一款柔性套环,能够包裹在一颗跳动的兔子心脏的外部,以3D形式监测其电活动。在不久的将来,该技术可能被用于高精确感知和响应心律失常。

  此外,罗格斯教授还研发出了一款柔性皮肤“补丁”,能够记录心电图和脑电图信号,并以无线形式发送到智能手机或其他设备上。

  

  4.快速止血系统

  过去,当有士兵在战场上不幸中枪,现场医疗急救手法之粗鲁,比挨枪子也好不到哪儿去。纱布必须立刻塞到咕咕冒血的伤口里。有时候子弹形成的空腔深达5英寸,有限的急救措施面对这种严重的情况也很无奈,使了老鼻子劲把纱布堵在伤口里也没能止血,医务兵只好把纱布挖出来,整个步骤再来一次。对于伤员来说,这实在有点三观尽毁,身心具崩。

  前美陆军医师John Steinbaugh说:我们施救之前,必须先把他们的枪踢走,否则等我们一动手……

  就算医务官再努力,很多伤员也只能眼睁睁地看着自己流血而亡;大出血是战场上造成伤员死亡的首要因素。曾在伊拉克和阿富汗服役多年的军医 Steinbaugh 说:其实吧,纱布这东西,只要碰到严重点的伤,点用没有。当 Steinbaugh 医生在2012年4月因头部受伤退役之后,他加入了一家位于俄勒冈州的一家名叫 RevMedx 的创业公司,和一群老兵、科学家和工程师一同研究快速止血的方法。

  2014年4月的时候,美国 FDA 批准了他们的新发明:XStat,一种便携式,改造过的大力注射器,将大量覆膜海绵灌进伤口。XStat 可以在战场上拯救大量士兵的生命,减轻野蛮施救造成的痛苦,比纱布能更快速填充伤口,迅速止血。

  

  这东西起效非常迅速:只消15秒,整个伤口就会被彻底堵上,并产生足够的压力,止住涌血。而且因为止血绵抠住了整个伤口,所以不会被如血如泉涌的伤口吐出来。

  但如何把大力止血丸塞到伤口里,可是需要点技巧,在战场上,医务官必须背着各种救命家伙事,顶着枪林弹雨满战场跑,还得背着枪去打仗。所以得 RevMedx开发出一种足够便携轻巧的器械,能够把止血药绵深入投进伤口内部。于是,开发团队设计了一种直径30毫米的,聚碳酸酯材料的注射器,药绵直接存储在注射器内以节省空间。使用时,拉出推杆,把注射器探入伤口,尽量接近失血的血管,在伤兵掏枪崩了自己之前,赶紧下药。

  5.可提前检测出青光眼的发光滴眼剂

  青光眼是导致人类失明的三大致盲眼病之一。它是指眼内压间断或持续升高的一种眼病,持续的高眼压可以给眼球各部分组织和视功能带来损害,如不及时治疗,视野可以全部丧失而至失明。然而,其初期没有表现症状,常常不被发现,只会在常规眼部检查中被诊断出来,导致患者往往在十年后才会意识到视觉出现问题。

  由伦敦大学、威康信托基金会和帝国理工学院医疗 NHS 基金会合作,正在开发一种新的测试方法,可检测眼睛中的死亡神经细胞,提前十年检测出青光眼,并有希望拯救数百万人的视力。

  研究团队使用含有染料的天然蛋白质(膜联蛋白)来检测死亡细胞,当遇到死亡神经细胞时,该化合物会发荧光。荧光的检测可在传统眼睛检测设备中进行。如果患者存在大量的死亡细胞,说明患青光眼的风险很大,并建议接受药物治疗,以期在视觉丧失之前阻止神经细胞死亡。

  目前该研究团队正将这种染料开发成滴眼剂,同时研究人员认为该方法或可应用到其他神经疾病的早期诊断领域,如阿尔兹海默症和帕金森氏症。

  当产品研发成功,上市销售时,想必会受到大家欢迎。改技术可拯救成千上万人的视力问题,降低失明率,还世界一片光明。同时在慢性神经疾病的领域也很广泛,提前发现,尽早预防,或许 “长生不老” 不再是梦。
  
    6.3D打印微型机器鱼

  众所周知,鱼肉鲜美,富含蛋白质、维生素、铁等元素,营养价值高,且易于吸收,对于健康是极好的。那么,鱼形机器人呢?

  美国加州大学圣地亚哥分校的研究人员利用新的 3D 打印技术,开发出能够在液体中游泳并具有多种用途的微型机器人。这种被称为 “微型鱼” 的机器人,可通过过氧化氢的化学反应以及磁力来驱动控制,能实现排毒、遥感和定向给药等多种功能。

  目前打印出的机器鱼采用自走式,磁操纵。研究人员表示,他们使用了一种称为微型连续光高分辨率 3D 打印技术。这一过程使研究人员能够一次打印几百个 120 微米长,30 微米厚微型机器鱼。他们可以通过计算机辅助设计(CAD)程序,快速更改设计,打印出鲨鱼,蝠鲼,甚至鸟形状外观的机器鱼。

 

  纳米工程师能够方便地将不同功能的纳米粒子放进 “微型鱼” 身体的某一部位:在鱼尾打印铂纳米粒子,可与过氧化氢发生化学反应,从而作为燃料推动 “微型鱼” 前进;在鱼头部打印氧化铁纳米粒子,可以通过氧化铁的磁性控制其转向。通过改变 “微型鱼” 的形状,以及调整过氧化氢的使用量,研究人员能够控制 “微型鱼” 在液体中的游泳速度。

  机器鱼当中的聚二纳米颗粒可以和毒素中和,随着中和过程进展,机器鱼会发出越来越强烈的红色荧光,闪闪发光的红色越来越密集。这意味机器鱼可以起到排毒和毒素传感器的双重功能。研究人员也认为机器鱼可用于定向药物递送,环境保护和许多其它应用。

  简单的 “微型鱼” 不仅能够充当未来的 “药物投递员” 或者 “清道夫”,还可以变换各种外观形状,这可能意味着未来某一天,你体内或许会变成一个 “动物园”。

  7.CRISPR基因剪刀

  今年以来,科学家们使用CRISPR系统来对生命的方程式进行改写,这是一种新型基因编辑工具,可以重写DNA,指引我们进入到一个不仅可以预防还能够根除疾病,可以编辑植物和动物的基因,甚至可以“定制婴儿”(修改胚胎基因)的时代。

  CRISPR Cas9 系统,诞生于麻省理工学院,这项本世纪最大的生物技术发现本质上是基因组的查找和替换工具。不想要与某种特定疾病相关的DNA代码?Cas9蛋白可以剪掉甚至替换掉它。

  CRISPR共同发现者之一,生物学家Jennifer Doudna透露,实际上,我们有了把能对基因组进行切割的分子手术刀。过去的所有技术都有点像大锤……这个发现给科学家提供了可以实际操作的工具,难以置信。 美国威斯康星大学麦迪逊分校CRISPR 合作实验室的负责人Dustin Rubinstein告诉我们,基因编辑能够将癌症研究,神经科学这样的问题全部转变成化学工程甚至能量生产问题。

  从此,你只受限于你的想象力。

 

  8.用酵母合成阿片类止痛药

  许多药物都来自于植物,我们的祖先咀嚼叶片或制作茶叶,或后来用化学方法提取并浓缩其活性成分,精制成丸。而数千年来,人们都只使用酵母来发酵葡萄酒、酿造啤酒和发酵面包,很少将其应用于生物用途。现在,美国斯坦福大学的研究人员,通过遗传改造酵母,制造出了一种阿片类止痛药,这一突破预示着,我们可以用一种更快和可能更便宜的方法,来生产许多不同类型的植物类药物。

  

  这项复合生物学壮举发表于今年一期Science杂志上:通过导入来自植物、细菌和啮齿动物的21个基因,在酵母菌内建立起一条“药物生产线”,可以将糖一步步转化为蒂巴因(thebaine)——这是吗啡的前体。该研究团队还发现,进一步调整过的酵母可以产生氢可酮——一种广泛使用的、由蒂巴因化学合成的止痛药。
  
    合成生物学是一个有趣的领域,科学家将各种生物的基因视作零部件,并像设计“电路”一样将它们组装起来,以完成设计人员设想的各种任务。

  

  此前,合成生物学家设计了一种能够生产青蒿素(抗疟疾药物)的酵母菌,但这仅需要插入少数植物的基因。而这次则复杂地多,生产蒂巴因需要导入来自不同物种的21个基因,而生产氢可酮更需要23个基因。

  最终,通过调整酵母菌的代谢途径,合成生物学家成功地合成了阿片类止痛药。这种过程就如同在家自己酿造啤酒一样,也许未来可以用类似方法制造更多药物。

  在这篇论文中,作者承认,这种制造阿片类止痛药的新工艺,可增加人们对“阿片类药物滥用的潜在问题”的关注。因为在美国,阿片类药物已经被广泛使用,而重点则是潜在的滥用问题。

  9.智能感应肢体

  英国帝国理工学院日前发布了一种新型机械手,其配备的传感器会直接感应手臂肌肉纤维的微小震动,使用者通过简单的肌肉反应和手臂动作就能轻松操控。这项技术未来有望用来为残疾人开发更先进且成本低廉的机械假肢。

  参与这一项目的研发者介绍说,此前机械假肢多数由肌肉活动产生的电信号来操控,这需要感应器接触使用者的残肢并探测电信号,但电信号很容易受干扰,比如人体出汗就可能导致信号传播中断,影响机械假肢的操控。而且这类设备的制造、调试和校正的成本相对较高,不易普及。

  此外,研究人员还为机械手配备了一个动作感应器,可进一步细化机械手的操控模式。使用者通过一系列简单的肌肉反应和手臂动作,就能控制机械手拿起不同大小的物体。一名截肢的志愿者已初步试用了这一机械手,对效果比较满意。

 

  同样的,在瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)和意大利比萨圣安娜大学(SSSA)的研究人员也开发出了一种新型智能义肢,在指尖处装有触觉传感器,能够感知所触摸的物体。这种义肢通过与人体神经相连,能够向佩戴者反馈物体软硬以及形状等信息,从而能在一定程度上模拟人体的手部触觉。

  这些研发成果将能让机械假肢变得更稳定、灵活、易操控,未来研究员们会进一步提升这一原型机械手的稳定性,帮助残疾人更好地操控假肢。

  10.人造塑料皮肤

  韩国蔚山国家科学技术研究所最新研制出一种超级敏感电子皮肤,能够同时探测到热量和温度的变化。

  这种最新电子皮肤是由韩国蔚山国家科学技术研究所研究员Jonghwa Park教授带领同事研制的。人类皮肤包含着独特表皮、真皮微观结构以及传感器受体。指尖上的微型脊状突起旨在设计微调表面纹理知觉,并传递传感器信息至大脑。

  在测试中电子皮肤的凹槽能够感知到流经的水滴,并且能够探测到头发放在其表面的压力。现有电子皮肤技术使机器人和机械假肢能够抓住和操作物体,识别表面纹理和硬度,感受物体的温度状况。然而在此之前电子皮肤可以同时非常灵敏地探测热量和不同类型的压力是很难实现的。

  研究人员通过水滴测试了电子皮肤对感觉变化的响应,并且发现电子皮肤能够在不同压力和温度下探测到水滴落下。同时,他们发现人造指尖皮肤可以探测到人类头发产生的微小压力。

  当电子皮肤附着在人体手腕上,手腕血管会膨胀和收缩,电子皮肤通过探测皮肤温度的变化,可用于监控脉冲压力。

  

  早在今年9月份的时候,来自美国斯坦福大学的研究人员就研制一种敏感触觉人造皮肤,不仅能够探测到压力,还能传输信号至神经细胞。

  这项技术的工作原理类似于iPhone指纹识别技术,有望能够取代被烧伤皮肤或者假肢皮肤,能够让患者真真切切的感受到一种“触碰感”。

  斯坦福大学教授Zhenan Bao是该项目的主要负责人,该团队通过在人造皮肤中加入传感器,来模仿人体皮肤的感受器。这些传感器能够收集不断变化的压力数据, 研究人员希望有朝一日能够将这些数据以某种形式“传送”给大脑。

  尽管电子皮肤还只是在实验中取得了一些突破,但他们希望这项概念验证实验能够对人造假肢带来革命性变化,允许穿戴者感知到不同的表面纹理,区分冷热温度变化。这种两层“电子皮肤”顶层具有弹力,能够感应压力,底层皮肤能够产生生物化学信号适合于传送至神经细胞。

  如果进一步商业化,那么我们就可以使用这项技术来制造更加逼真的假体,或者提高可穿戴传感器的精确度和医学诊断设备。

  类人诊疗机器人、智能电子手术刀iknife、可实验用透明老鼠、纳米机器人、纳米孔定序器、人造血液等等,还有很多今年出现的医疗成就没有被提到,但这并不代表他们不重要。在医疗科技发展的长河里,不管技术多么先进,最重要的仍然是我们人类自己。

关键字:2015  智能医疗

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/medical_electronics/article_6319.html
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