在生物医学研究和临床治疗中，实时监测软组织的生物力学特性对于理解疾病发展和评估治疗效果至关重要。尽管现有的技术如心电图和表面肌电图信号测量为生理评估提供了强大的选项，但这些技术通常存在信噪比有限和可扩展性差的问题。传统的应变传感器虽然在动态条件下具有高可靠性、低弯曲刚度和快速响应时间等优点，但其应变系数（GF）有限，通常只能感应特定方向上的微小生物形变。这些限制了它们在动态监测生物力学，如识别和定位来自心脏不同方向/部位的复杂心脏疾病（如心律失常和心肌梗死）方面的应用。因此，开发能够与变形组织表面连续接触并跟踪高度动态生物力学特性的可植入/可穿戴电子机械系统，对于精确评估心律失常或室性心动过速等心脏疾病具有重要意义。
复旦大学Enming Song、 Yongfeng Me课题组、大连理工大学Rui Li课题组和北京大学Mengdi Han课题组报道了一种基于超薄单晶硅的全方位应变传感器，该传感器能够用于植入式/可穿戴设备，以实时监测软组织的生物力学特性。这项研究开发了一种集成了多个超薄单晶硅基传感器的植入式/可穿戴应变传感器，这些传感器与不同方向对齐，能够动态监测角度敏感的应变。通过实验和计算方法建立了操作系统的原理，并建立了理论系统，可以在全方位尺度上确定施加应变的强度和方向。该设备可以评估心脏疾病，如心肌梗死，并准确定位与病理相关的梗死方向，展示了作为生物可降解植入物用于稳定操作的可能性，为临床监测复杂动态生物力学提供了重要的设备。
图1：用于软组织生物力学监测的超薄硅核OSG装置
图2：基于Si-NR的OSG器件的传感特性
图3：可生物降解，可拉伸和生物相容性的基于Si-NR的OSG器件
图4：可穿戴设备在人体和动物模型机械生理监测中的应用
图5：体内心脏机械生理监测
这项研究提供了一种新的生物医学监测工具，具有临床意义，能够监测复杂的动态生物力学，对于心脏手术患者尤其有价值。通过使用超薄的硅基材料和可降解的封装技术，这些传感器在未来可能成为长期植入式医疗设备的一部分。
【参考文献】
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adp8804
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