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甲虫仿生智能设备可实时监测皮肤病

来源:  科技日报       作者:张佳欣      发布时间:2021-9-9 18:20  |  

据最新一期《科学进展》杂志报道,一个国际科研团队从大自然中汲取灵感,模仿雄性潜水甲虫,发明了一种个性化皮肤护理智能一体式设备。该设备由微柱塞和水凝胶组成,可黏附在皮肤表面,同时收集和监测体液,实时监测皮肤的健康状况,为更准确地诊断和治疗痤疮等皮肤病铺平了道路。

人体皮肤表面的pH值不仅是一种生化和医学研究指标,还控制着皮肤的屏障功能,防止微生物(如金黄色葡萄球菌和马拉色菌)定植。当pH值偏离正常时,会导致严重的皮肤病,如炎症性皮肤病、细菌感染甚至皮肤癌。为了对皮肤病进行准确的原位诊断和个性化治疗,迫切需要简便直接地收集生物体液,进行即时pH值测量等。

然而,为皮肤护理开发的传统非侵入性诊断设备有局限性,往往不太准确,而且需要昂贵的设备来分析结果。设备使用的化学黏合剂会刺激甚至损害皮肤,这使得它们很难被重复使用或长时间使用。此外,在湿润或弯曲的皮肤表面保持黏附性也很困难。

雄性潜水甲虫是一种水生昆虫,它们进化出一种特殊的黏性毛发,称为刚毛,可以帮助其在水下附着在配偶身上。其前腿上的刚毛具有独特的吸盘状结构和空腔,可以使其牢固地附着在潮湿和不规则表面上。

受雄性潜水甲虫的启发,研究人员发明了微型人工吸盘,可以黏附在皮肤上,同时收集和监测体液。他们将捕获液体的水凝胶嵌入到微型柱塞中,以监测pH值水平。水凝胶会及时从表皮吸收液体以增强黏附性,并随着皮肤酸度的不同改变颜色,从而指示皮肤的pH值。

结合机器学习技术,研究人员还开发了相应的软件应用程序,可以根据水凝胶的颜色自动量化pH水平。此外,该设备还可用来检测皮肤病(如痤疮)的早期迹象。

今后,研究人员希望将该设备应用于个性化皮肤治疗贴片、医用黏合材料和诊断技术。“基于该研究结果,希望它可以用于皮肤病生物标志物的现场诊断。”论文作者之一、加拿大麦吉尔大学神经系统的前博士后研究员朴博勇(音译)说。

(编辑:于思洋

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