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纺织工程在医疗保健方面的进步

   随着技术的进步不可阻挡地向前进,研究人员发现了许多更好的新应用。例如,纺织品传统上由布料制成,例如20年来人们一直用微纤维布来清洁眼镜。现在,由塑料和粘合剂制成的纺织品也佩戴在了身体上,但不是用作衣服,而是被用于医疗保健领域。例如,对于用户开车犯困的情况,可以采用打印传感器来发警告。让我们看看纺织品是如何演进来用于医疗保健等应用的。

  远程患者监控

  今天的IoT互联可穿戴设备(如Fitbit或Apple Watch),可以让医生远程监控患者。在接下来的五年中,我们可以期待通过这些设备实现IoT远程监控,记录生命体征,并将数据传输给医生。但是,我们可以使用带生物传感器的电子纺织品(eTextile)来更进一步。

  就疾病跟踪来说,医生可以使用APP来远程跟踪糖尿病或莱姆病等疾病。我们可以通过电子纺织品收集数据,将其发送到这些APP来记录信息,然后将其传递给医生。这样,患者去往医院的次数就可以减少,而医生也可以分析更多的数据。如果数据通过智能手机上的某个APP来传送,患者甚至可以看到自己与所跟踪疾病相关的生命体征和重要信息。

  通过将远程监控和远程医疗相结合,医生可以基于来自电子纺织品的生命体征以及远程诊疗所提供的描述和图像(借助智能手机的相机就可轻松实现),获得诊断患者所需的所有信息。这样,医生就可以在无需患者预约来院的情况下开具处方或治疗计划,而对患者进行治疗。这对于住在偏远地区的农村患者来说尤其有益。

  智能绷带

  智能绷带是由复合纤维制成的纺织品,内有一个核心电加热器,并由含有热敏药物载体的水凝胶所覆盖。通过纤维的电流可用智能手机来控制,从而加热水凝胶,激活所选药物载体,并释放其所含药物成分。可以使用多种药物制成一款智能绷带纺织品,每种药物具有不同的释放特征。

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  图:马萨诸塞州梅德福市塔夫茨大学的智能绷带原型。

  许多应用都对这种技术产生了兴趣。通过皮肤给药,医护人可确保其病房在正确的时间获得正确的药物——这比吞服药丸或皮下注射更方便。然而,其更大价值是战场应用。战时,伤兵经常会受到多处损伤,且更容易受到感染。智能绷带不仅有助于防范于此,还可以加速治疗过程,使士兵能够更快重返战场。

  为烧伤患者打印皮肤

  来自西班牙马德里卡洛斯三世大学的科学家,使用3D打印技术生产了合成人体皮肤纺织品。他们在称为生物打印的工艺中使用了生物成分,而不是传统3D打印机所用的塑料。

  在该大学2017年初的新闻发布会上,研究人员简述了两种不同工艺:“从细胞库中大量生产同种异体皮肤,用于工业过程;从患者自身细胞中逐个创建自体皮肤,用于治疗用途,例如严重烧伤治疗。”

  合成皮肤使用生物墨水,试图复制真实皮肤中的层。使用正确的生物成分来对抗恶化,是成功的关键。“了解如何混合生物成分,在什么条件下与其一起工作不会使细胞恶化,以及如何正确地沉积产品,对系统来说至关重要。”研究员Juan Francisco del Cañizo表示。

  计算机控制整个过程,通过注射器将生物墨水“以有序的方式沉积在打印台上,然后生成皮肤。”3D打印机首先打印具有角质层的表皮,即皮肤外层。接下来是真皮,然后是一层成纤维细胞,可以产生胶原蛋白——这种蛋白质可使皮肤具有强度和弹性。结合起来,我们离不再需要从身体其他部分取皮的皮肤移植就不远了。

  在短短半小时内,研究人员就能生成100平方厘米的合成皮肤。他们还建议说,可以使用患者自己的细胞来生成合成皮肤——这本质上是对肌肤纹理进行个性化处理,可以更好地匹配每位患者。在这种情况下,烧伤患者将无需再担心皮肤移植;皮肤仍是自己的皮肤,但它不是取自身体的另一部分,而是由计算机打印出来的。

  使用患者自己的细胞来合成皮肤的另一个有趣的应用是:药物测试。人可能对药物过敏,这样,药物测试人员就可避免对活人进行测试的危险,取而代之则可仅测试一小块合成皮肤,配以该人的DNA,就可看到是否有任何反应。

  无论是塑料还是合成人体皮肤,纺织品都在改变医疗保健的未来。在合成皮肤问世之际,我们可能不再需要从身体某一部分切割一块皮肤然后移植到另一部分,而电子纺织品则可能将数据无线传输到APP,然后再发送给医生。远程监控可以减少患者跑医院和门诊预约的次数。最后,智能绷带可以改变战场药品的管理方式,使士兵能够更快愈合,更快重返战场。

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