人體和地球一樣都是由各種化學(xué)元素組成的，這些化學(xué)元素的分泌以一種神秘的規(guī)則與我們的行為關(guān)聯(lián)：傷心的時候我們的身體會分泌兒茶酚胺,，幸福的時候又會分泌多巴胺,，缺氧讓我們頭暈打哈欠,，吸氧過多又會讓我們咳嗽頭疼,。而帶有自由基,、非?；顫姷囊谎趸谖覀兩眢w內(nèi)則能調(diào)控激素,，充當(dāng)細(xì)胞內(nèi)的信使。
1992年,，在一氧化氮被《科學(xué)》（Science）雜志選為明星分子后，它成為了生物領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和前沿,，作為內(nèi)源性生物活性分子,，一氧化氮廣泛地存在于哺乳動物體內(nèi)的各個組織和器官，不同濃度的一氧化氮對生物體的很多生理活動都有重要影響,，于是科學(xué)家開始研究各種方法對一氧化氮進(jìn)行測量,。傳統(tǒng)的一氧化氮檢測方法有亞硝酸鹽間接比色法，缺點(diǎn)是只能得到靜態(tài)結(jié)果,，不能實(shí)時監(jiān)測,，而硬質(zhì)不可降解的傳感器又與人體的兼容性較差，需要在進(jìn)行二次手術(shù)摘取植入的傳感器,，增加了感染的風(fēng)險,。
而在2020年6月25日,，清華大學(xué)材料學(xué)院尹斕教授研究組在這一技術(shù)上面完成了重大突破，他們設(shè)計(jì)發(fā)明了一種新型的一氧化氮傳感器,，這種大約1平方厘米的薄片十分柔軟,，可以被拉大約1.5倍，將它植入生物體后,，我們可以通過iPad上面的數(shù)據(jù)可視化軟件清晰的觀察到生物體內(nèi)一氧化氮濃度的實(shí)時變化,，而在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，這個薄片則會自己消失的無影無蹤,。
這一切的完成依賴于尹斕教授研究組對材料的創(chuàng)新和設(shè)計(jì)的改變,。他們將傳統(tǒng)硬質(zhì)的厚硅晶圓片替換為柔性基地材料，構(gòu)建了新型柔性,、可生物降解的一氧化氮傳感器,。這種材料和目前我們在外科手術(shù)中使用的可吸收縫線類似，可以水解,。一些剩余的微量物質(zhì)裂解后還可以被細(xì)胞吞噬,，之后通過人體代謝排出。解決了生物可降解的技術(shù)難題,。研究組和清華大學(xué)電子系副教授張沕琳合作開發(fā)了無線傳輸裝置,，這個裝置通過導(dǎo)線與傳感器連接，之后像創(chuàng)可貼一樣貼在皮膚外側(cè)就可以記錄電流信號,，在iPad下載數(shù)據(jù)可視化軟件就能完成實(shí)時監(jiān)測,。
一氧化氮濃度與神經(jīng)傳遞異常、心血管收縮與擴(kuò)張,、身體炎癥都有關(guān)系,。我們國家有超過一億的關(guān)節(jié)炎患者，而且人數(shù)在不斷增加,，除了關(guān)節(jié)紅腫,、熱痛，造成功能障礙和關(guān)節(jié)畸形,，嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致殘疾,。所以如果能及時捕捉一氧化氮升高的信號，就能為外科干預(yù)盡早提供依據(jù),。體外實(shí)驗(yàn)中,，研究人員將傳感器植入新西蘭兔的骨關(guān)節(jié)腔，實(shí)現(xiàn)了通過無線傳輸系統(tǒng)遠(yuǎn)程,、實(shí)時監(jiān)測軟骨細(xì)胞以及骨關(guān)節(jié)腔內(nèi)一氧化氮濃度變化,。最具突破性的就是在植入兔子體內(nèi)8周后，按照預(yù)想,，整個器件在體內(nèi)完全消失,，根據(jù)元素含量測試和組織染色切片,，器件構(gòu)成元素消失后，細(xì)胞形態(tài)如常,。這種特性即減少了未來臨床診斷中的感染風(fēng)險,，對怕痛的患者也是一種安慰。
目前研究組計(jì)劃對這一技術(shù)繼續(xù)改進(jìn),，希望將外接的無線傳輸模塊和傳感器集成,，一次性植入較大體積的哺乳動物體內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。雖然現(xiàn)階段與一氧化氮相關(guān)疾病的患者還不能享受這一創(chuàng)新帶來的便利,，但研究組已經(jīng)在材料層面實(shí)現(xiàn)生物可降解這一重大突破,，未來在對設(shè)計(jì)進(jìn)行提升后，可以很快的與醫(yī)學(xué)機(jī)構(gòu)銜接,。于此同時,，這一技術(shù)也體現(xiàn)出了廣闊的醫(yī)學(xué)前景，或許不久的將來我們也能實(shí)現(xiàn)可降解的多巴胺,、血糖傳感器,。
