《Science》研究飞跃：科学家发明了活体生物电子学

Rutgers-New Brunswick工程学院生物医学工程助理教授Simiao Niu在他梦寐以求的设备的开发中发挥了至关重要的作用:他和他的研究合作者称之为“活生物电子”的独特原型，旨在治疗牛皮癣。

　　

在Simiao Niu童年的大部分时间里，他都被牛皮癣所困扰着，这是一种慢性的、经常疼痛的皮肤疾病，主要发生在他的手臂上。

有时，处方药膏起作用，治疗由疾病产生的红肿区域。但他一直不确定自己的用量是否足够，皮肤刺激是否正在愈合，以及何时应该停止治疗。

多年后，作为苹果公司(Apple Inc.)设计苹果手表中监测心律的电子设备团队的工程师，Simiao Niu有了一个想法：是否可以开发出类似的可穿戴电子设备来治疗牛皮癣等皮肤疾病，并为患者提供持续的反馈?

现在，Niu是罗格斯-新布伦瑞克大学工程学院生物医学工程助理教授，他在开发他梦寐以求的设备方面发挥了至关重要的作用:他和他的研究合作者称之为“活生物电子”的独特原型，旨在治疗牛皮癣。

在《科学》杂志上，Simiao Niu和他的合作者，包括芝加哥大学的Bozhi Tian和哥伦比亚大学的科学家们，报道了一种结合了先进电子技术、活细胞和水凝胶的贴片，在老鼠身上的实验中显示出了功效。

Niu说，这种贴片不仅代表了牛皮癣的潜在治疗方法，而且是一种新的技术平台，可以为各种医疗需求提供治疗，如伤口和潜在的各种皮肤癌。

“我们正在寻找一种新型的设备，将传感和治疗结合起来，用于治疗牛皮癣等皮肤炎症疾病，”Niu说。“我们发现，通过结合活细菌、柔性电子产品和粘性皮肤界面材料，我们能够创造出一种新型设备。”

圆形贴片直径约1英寸，薄如晶片。这种贴片包含电子芯片、细菌细胞和一种由淀粉和明胶制成的凝胶。研究小组在老鼠身上进行的试验表明，该设备可以持续监测和改善牛皮癣样症状，而不会刺激皮肤。

Niu说，该设备是传统生物电子学的一个飞跃，传统生物电子学通常由包裹在柔软合成层中的电子元件组成，以减少与身体接触时的刺激。放置在病人胸部用于心电图的贴片是传统设备的例子。

这一发明可以被视为一种“活的药物”，因为它将活细胞作为其治疗的一部分。表皮葡萄球菌(S. epidermidis)生活在人体皮肤上，已被证明可以减少炎症，这种细菌被整合到设备的凝胶外壳中。一个薄的、柔性的印刷电路构成了设备的骨架。

当该装置放置在皮肤上时，细菌会分泌减少炎症的化合物，而柔性电路中的传感器则会监测皮肤的愈合信号，如皮肤阻抗、温度和湿度。电路收集的数据通过无线传输到电脑或手机上，这一过程将允许患者监控他们的愈合过程。

在他于2022年加入罗格斯大学(Rutgers)之前，在苹果工作的那些年里，Niu和其他工程师收到了数百封寄往首席执行官办公室的感谢信。这些顾客写信称赞他们的苹果手表救了他们的命。手表内置的心率监测器显示了一种被称为心房颤动的心律失常，顾客们说他们并不知道自己患有这种疾病。房颤如果不及时治疗会导致中风。

“当你生产出对人们生活产生积极影响的东西时，你会感到非常自豪，这给了我很多灵感，并激励我去做目前的研究。”

Niu说，下一步必须在人类患者身上进行临床试验，这是迈向商业化的第一步。Niu说，一旦有证据表明积极的结果和最小的副作用，发明者将申请FDA的批准，以便将该设备推向市场。

罗格斯大学这项研究的其他作者包括Fuying Dong和 Chi Han，他们是工程学院生物医学工程系的两名研究生。

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