新的可穿戴设备可以测量皮肤下肿瘤的大小变化

乔治亚理工学院和斯坦福大学的工程师们发明了一种小型自主装置，它带有可拉伸/可弯曲的传感器，可以附着在皮肤上，测量下面肿瘤的大小变化。这种非侵入式、电池驱动的设备的灵敏度为百分之一毫米(10微米)，只需按下一个按钮，就可以将结果实时无线传输到智能手机应用程序中。

在实践中，研究人员说，他们的设备被称为FAST，意为“灵活自主传感器测量肿瘤”，代表了一种全新的、快速、廉价、免提和准确的方法来测试癌症药物的疗效。在更大的范围内，它可能为癌症治疗带来有前途的新方向。

每年，研究人员都在患有皮下肿瘤的老鼠身上测试数千种潜在的抗癌药物。很少有人能做到人类患者由于测量技术的发展，寻找新疗法的过程非常缓慢肿瘤药物治疗后的消退需要数周时间才能读出反应。肿瘤固有的生物学变异，现有测量方法的缺点，以及相对较小的样本量，使得药物筛选困难和劳动密集型。

“在某些情况下，观察中的肿瘤必须用卡钳手工测量，”Alex Abramson说，他是该研究的第一作者，也是斯坦福工程学院鲍哲南实验室最近的博士后，现在是乔治亚理工学院的助理教授软组织并不理想，放射学方法不能提供实时评估所需的连续数据。FAST可以在分钟-时间尺度上检测到肿瘤体积的变化，而卡钳和生物发光测量通常需要数周的观察时间才能读出肿瘤大小的变化。

FAST的传感器由一种柔性和可拉伸的皮肤状聚合物组成，其中包括一层嵌入的黄金电路。该传感器连接到一个小型电子背包，由前博士后和合著者Yasser Khan和Naoji Matsuhisa设计。该设备测量薄膜的张力——薄膜拉伸或收缩的程度——并将数据传输到智能手机。使用FAST背包，与肿瘤大小退化相关的潜在治疗方法可以快速、自信地排除无效或快速追踪进一步研究。

研究人员表示，这种新设备至少有三个显著的进步。首先，它提供持续监测，因为传感器与鼠标物理连接，并在整个实验期间保持原位。其次，柔性传感器将肿瘤包裹起来，因此能够测量其他方法难以识别的形状变化。第三，FAST具有自主性和非侵入性。它与创可贴一样，与皮肤相连，由电池供电，并通过无线方式连接。鼠标可以自由移动，不受设备或电线的干扰，科学家不需要在放置传感器后主动处理鼠标。FAST包也是可重复使用的，组装只需60美元左右，可以在几分钟内连接到鼠标上。

突破在于FAST的柔性电子材料。在这种皮肤状聚合物的表面覆盖着一层黄金，当它被拉伸时，就会产生小裂缝，从而改变材料的导电性。拉伸材料和裂纹数量增加，导致传感器中的电阻也增加。当材料收缩时，裂缝重新接触，导电性提高。

Abramson和合著者东京大学的副教授Naoji Matsuhisa描述了这些裂纹的扩展和导电性的指数变化如何在数学上与尺寸和体积的变化相等。

研究人员必须克服的一个障碍是，传感器本身可能会对肿瘤施加不适当的压力，有效地挤压肿瘤，从而影响测量结果。为了规避这种风险，他们仔细地将柔性材料的机械性能与皮肤本身相匹配，使传感器像真正的皮肤一样柔韧。

“这是一个看似简单的设计，”艾布拉姆森说，“但这些内在的优势应该会让制药和肿瘤学团体非常感兴趣。FAST可以显著加快、自动化和降低癌症治疗筛选过程的成本。”

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