新型可穿戴设备测量皮肤下肿瘤大小变化

佐治亚理工学院和斯坦福大学的工程师创造了一种小型自主设备，该设备具有可拉伸/柔性传感器，可以粘附在皮肤上，以测量下面肿瘤大小的变化。这种非侵入性电池供电设备对百分之一毫米(10微米)敏感。只需按一下按钮，它就可以将结果实时无线发送到智能手机应用程序。

研究人员说，实际上，他们的设备——被称为“测量肿瘤的柔性自主传感器”的FAST——代表了一种新的、快速的、廉价的、免提的、准确的方法来测试癌症药物的疗效。它可以在更大的范围内为癌症治疗带来有希望的新方向。

研究人员每年在患有皮下肿瘤的小鼠身上测试数千种潜在的抗癌药物。很少有人能用到人类患者身上，而且寻找新疗法的速度很慢，因为测量药物治疗肿瘤消退的技术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变得困难和劳动密集型。

“在某些情况下，观察的肿瘤必须用卡尺手工测量，”该研究的第一作者，斯坦福大学工程学院Zhenan Bao实验室最近的博士后Alex Abramson说，现在是佐治亚理工学院的助理教授。 使用金属钳状卡尺测量软组织并不理想， 放射学方法无法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肿瘤体积的变化，而卡尺和生物发光测量通常需要长达数周的观察期才能读出肿瘤大小的变化。

FAST的传感器由柔性和可拉伸的皮肤状聚合物组成，其中包括嵌入的金电路层。该传感器连接到由前博士后和合著者Yasser Khan和Naoji Matsuhisa设计的小型电子背包。该设备测量膜上的应变 - 拉伸或收缩的程度 - 并将该数据传输到智能手机。使用FAST背包，可以快速而自信地排除与肿瘤大小消退相关的潜在疗法，因为无效或快速跟踪以进行进一步研究。

研究人员表示，新设备至少提供了三项重大进展。首先，它提供连续监测，因为传感器物理连接到鼠标并在整个实验期间保持原位。其次，柔性传感器笼罩着肿瘤，因此可以测量其他方法难以辨别的形状变化。第三，FAST既是自主的，也是非侵入性的。它连接到皮肤，与创可贴、电池供电和无线连接没有什么不同。鼠标可以不受设备或电线的阻碍自由移动，科学家不需要在传感器放置后主动处理鼠标。FAST 包装也是可重复使用的，组装成本仅为 60 美元左右，并且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。涂在皮肤状聚合物上的是一层金，当拉伸时，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，导致传感器中的电子电阻也增加。当材料收缩时，裂纹重新接触，导电性提高。

艾布拉姆森和共同作者、东京大学副教授Naoji Matsuhisa都描述了这些裂纹扩展和电导率的指数变化如何在数学上等同于尺寸和体积的变化。

研究人员必须克服的一个障碍是担心传感器本身可能会通过对肿瘤施加过度压力来损害测量，从而有效地挤压它。为了规避这种风险，他们小心翼翼地将柔性材料的机械性能与皮肤本身相匹配，使传感器像真实皮肤一样柔韧和柔软。

“这是一个看似简单的设计，”艾布拉姆森说，“但这些固有的优势应该对制药和肿瘤学界非常感兴趣。FAST可以显著加快、自动化和降低癌症治疗筛查的成本。