使用電子設(shè)備可以解決一些常見的醫(yī)學(xué)問題

（文章來源：攜手健康網(wǎng)）

電氣工程師，有機(jī)化學(xué)家，材料科學(xué)家和細(xì)胞生物學(xué)家都有什么共同點(diǎn)?他們發(fā)明并改善了生物學(xué)和電子學(xué)界的應(yīng)用。來自多個(gè)學(xué)科的研究人員正在KAUST合作開發(fā)可檢測(cè)疾病，治療癌癥和追蹤海洋動(dòng)物的生物電子學(xué)。他們甚至可能發(fā)現(xiàn)下一代計(jì)算系統(tǒng)。JürgenKosel是一位電氣工程師，喜歡玩磁鐵。他的研究小組開發(fā)了一種技術(shù)，可以制造可殺死癌細(xì)胞的獨(dú)特磁性氧化鐵納米線。

某些類型的鐵基磁性納米顆粒是美國食品和藥物管理局于多年前批準(zhǔn)的，可在人體內(nèi)部使用。它們經(jīng)常在磁共振成像中用作造影劑，并作為鐵缺乏癥患者的營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充劑?！笨粕獱栒f。

當(dāng)前使用的磁性納米顆粒是球形的。Kosel和他的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了可以像指南針一樣旋轉(zhuǎn)的線狀磁性納米粒子，在癌細(xì)胞膜上形成了一個(gè)小孔，從而導(dǎo)致自然細(xì)胞死亡。當(dāng)涂有抗癌藥或用激光加熱時(shí)，可以使這些殺死癌癥的納米線更加有效。它們被癌細(xì)胞“吞噬”，一旦釋放到體內(nèi)，就會(huì)造成嚴(yán)重破壞。

Kosel與細(xì)胞生物學(xué)家 Jasmeen Merzaban以及最近與有機(jī)化學(xué)家Niveen Khashab 緊密合作，以“功能化”他的磁性納米線表面，以確保人體的免疫系統(tǒng)不會(huì)將其視為異物。他們還致力于防止導(dǎo)線粘在一起，并更具體地針對(duì)癌細(xì)胞，方法是在它們的細(xì)胞膜上涂上識(shí)別特定抗原的抗體。高密度基于憶阻器的交叉開關(guān)被廣泛認(rèn)為是未來內(nèi)存和受生物啟發(fā)的計(jì)算系統(tǒng)的基本要素。

Kosel還與電氣工程師Muhammad Hussain一起使用磁鐵來提高心臟導(dǎo)管的安全性。他們開發(fā)了一種靈活的磁傳感器，其靈敏度足以檢測(cè)地球的磁場(chǎng)。例如，將這些傳感器放置在心臟導(dǎo)管的尖端時(shí)，臨床醫(yī)生可以檢測(cè)到其在血管內(nèi)的方向。這使他們能夠?qū)⑵涠ㄏ虻叫枰迦胫Ъ艿奈恢?，例如，以減輕心臟動(dòng)脈的阻塞。這減少了在冠狀動(dòng)脈血管成形術(shù)等手術(shù)過程中對(duì)X射線和對(duì)比染料的延長(zhǎng)劑量的需要。

KAUST電氣工程師Khaled Salama說：“在過去的50年中，5,000億美元的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)主要集中在兩種應(yīng)用：計(jì)算和通信?！?“但是，隨著人們的壽命更長(zhǎng)，需要更多的護(hù)理，這項(xiàng)技術(shù)在包括醫(yī)學(xué)研究在內(nèi)的其他領(lǐng)域也具有很大的前景。我們需要進(jìn)行模式轉(zhuǎn)變，以利用我們?yōu)樵擃I(lǐng)域開發(fā)的某些技術(shù)?！?/p>

Salama開發(fā)了一種傳感器，可以檢測(cè)“ C反應(yīng)蛋白”，這是心血管疾病的生物標(biāo)記。他通過使用納米材料和金納米顆粒對(duì)電極進(jìn)行功能化來提高其靈敏度來實(shí)現(xiàn)這一目的。電極發(fā)出的信號(hào)與血樣中C反應(yīng)蛋白的量成比例。他的小組開發(fā)了一種獨(dú)特的過程，即3-D打印微流體通道，該通道將樣品輸送到傳感器以進(jìn)行生物檢測(cè)。在KAUST的其他地方，Sahika Inal正在開發(fā)一種設(shè)備，可以使糖尿病患者的生活更輕松。

Inal來自紡織制造業(yè)，但是她對(duì)具有生物相容性的聚合物電學(xué)性質(zhì)的研究使她走上了生物電子學(xué)的道路。她的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了可打印的，一次性的，基于聚合物的傳感器，可以測(cè)量唾液中的葡萄糖水平。她解釋說：“我們噴墨印刷導(dǎo)電聚合物。生物墨水包含用于葡萄糖感測(cè)的酶，保護(hù)酶的封裝層，僅允許葡萄糖滲透的層和保護(hù)電子器件的絕緣層?！?“然后幾分鐘之內(nèi)便有了一個(gè)基于紙張的傳感器!”

功能化的納米線顯示為附著(左)并進(jìn)入目標(biāo)細(xì)胞(中心)，而非目標(biāo)細(xì)胞則被忽略(右)。信用：2019年KAUSTInal還開發(fā)了其他生化傳感器，可以從體內(nèi)已經(jīng)存在的化合物產(chǎn)生自身能量，為心臟起搏器等可植入設(shè)備提供動(dòng)力。Inal說：“要開展有影響力的生物電子學(xué)工作，我需要處于一個(gè)生物學(xué)家的環(huán)境中，這些生物學(xué)家可以向我提供有關(guān)我的研究成果的反饋?！?/p>

生物電子學(xué)不僅包含旨在解決生物學(xué)問題的電子設(shè)備，而且還是受生物學(xué)啟發(fā)的電子解決方案。Khaled Salama對(duì)一種稱為“憶阻器”的新型生物啟發(fā)設(shè)備感興趣。這些是受到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和大腦突觸啟發(fā)的電氣組件。研究人員希望他們將引領(lǐng)下一代計(jì)算系統(tǒng)的發(fā)展，并希望他們能夠更好地適應(yīng)快速處理大量數(shù)據(jù)的需求。Salama開發(fā)了一種方法，可以提高這些設(shè)備的計(jì)算效率，同時(shí)減少這些通常耗能的設(shè)備的功耗。

Kosel說，在惡劣的海洋環(huán)境中傳感數(shù)據(jù)可能特別具有挑戰(zhàn)性。研究人員經(jīng)常求助于放置在大型海洋動(dòng)物身上的電子標(biāo)簽來追蹤其運(yùn)動(dòng)。他們還使用電子傳感器在海中進(jìn)行流量，鹽度，壓力和溫度測(cè)量。需要更小，更輕，更省電的標(biāo)簽來抵御腐蝕，并承受生物結(jié)垢。細(xì)菌結(jié)垢幾乎在任何停留在海中太久的東西上都形成。

Kosel的解決方案是開發(fā)采用單步激光打印技術(shù)制造的石墨烯傳感器，以用于海洋應(yīng)用。這些激光誘導(dǎo)的石墨烯傳感器具有抗腐蝕能力，可以在高溫下生存。它們非常輕巧且具有柔韌性，使其適合附著在較小的海洋動(dòng)物上。他們還開發(fā)了一種技術(shù)，該技術(shù)涉及進(jìn)行高頻測(cè)量，以使其能夠承受累積的生物污染層的影響。

該小組已開始召開會(huì)議，該會(huì)議每年在KAUST舉行。去年，在眾多受人尊敬的與會(huì)者中，劍橋大學(xué)菲利普親王理工學(xué)院教授喬治·馬利亞拉斯(George Malliaras)。Malliaras贊揚(yáng)該大學(xué)的世界一流的儀器設(shè)備，在校園內(nèi)獲得出色的合作機(jī)會(huì)以及與國外人士合作的機(jī)制。他說：“綜合考慮這些屬性，KAUST在解決當(dāng)今人類面臨的一些最重要問題方面非常成功?！?br /> ? ? ?