中国抗癌协会

       近年来，越来越多的植入或穿戴式光学诊疗装置闯入我们的视野，让人越来越好奇这些装置是如何制造出来的。麻省总医院Seok Hyun Yun、斯坦福大学鲍哲南院士和Sei Kwang Hahn教授等人在Nature Reviews Materials上发表了1篇重磅的综述性文章，详细介绍了各种类型微型光医学诊疗装置的制作材料——新型多功能材料，并对这一领域未来的发展方向如移动医疗和个性化医疗等进行了展望。

综述提到，这些构建可植入和可穿戴式光学医疗设备至关重要的新型多功能材料，包括光响应材料、光递送材料、可拉伸电子材料、自我修复和生物降解材料、生物触发的光学材料。这些材料有的用于制作体内的光感应器件、有的用于光传输、有的用于发射光的电路、有的用于器件与组织的粘合，每种材料都在植入或穿戴式光学诊疗装置的制作中发挥着关键性作用。

比如光响应材料包括量子点、金纳米材料、过渡金属硫化物、上转换发光纳米粒子、有机半导体、化合物半导体、硅半导体等，它们可吸收光并表现出诸如荧光、磷光、等离子体和光热效应等光学响应。同时它们也拥有各自的光学性质和特性，可用于柔性/可拉伸LED光源、微型LED光源、光电探测器、生物成像、光动力疗法、光热疗法等不同的临床应用。

光递送材料可将光源发出的光传递到目标部位，也就是我们通常所说的光纤，包括无机纤维、天然纤维、聚合物波导、水凝胶波导，它们具有很好的生物相容性，可长期植入体内，在光化学组织粘合和光遗传学疗法有很好的应用前景。其中无机纤维（如硅纤维）在传统应用中较常见，它的光传送率高，一般不可弯曲；如蚕丝等天然纤维具有良好的生物相容性， PLA（聚乳酸）波导等聚合物波导具有柔性和生物可降解性；PEG(聚乙二醇)水凝胶波导等水凝胶波导具有良好的生物相容性和生物可降解性；还可并通过封装生物分子或细胞获得更多功能特性。

可拉伸电子材料在理想条件下可伸缩，高度变形，以便完美贴合人体内壁或体表，包括可拉伸绝缘体、可拉伸导体和可拉伸半导体。

自我修复和生物降解是未来植入式和可穿戴设备的关键特性，具有这种性能的自我修复和生物降解材料，受到越来越多的关注，其自我修复性可保证设备暴露于意外损伤时能得到及时修复，增加其可靠性。自我修复可通过动态的分子相互作用来实现，其生物降解性可保证设备植入适当的时间后在体内自动降解，无需手术去除，且不对机体产生副作用。生物触发的光学材料包括荧光素和荧光素酶，荧光素是一种发光化合物，在荧光素酶的存在下可被氧化，并以光的形式释放能量。两者反应释放的能量，会通过生物发光共振能量转移的形式（经偶极-偶极共振而实现的非辐射能量转移）转移给能量受体，受体接收能量后被激发产生波长比供体发射光波要长的光。通过这一现象，可以实时监测活细胞、细胞提取物或纯化制剂中的蛋白-蛋白相互作用。但这种现象主要发生在供体-受体距离小于10 nm时，距离太远能量传递效率会显著下降，无法激发受体。

图 SEQ 图表 \* ARABIC 1 用于制造植入或穿戴光学诊疗装置的新型功能材料

综述还列举了用这些材料制作的植入或穿戴式光学诊疗装置，包括可植入的微型光学装置、可拉伸光学装置、智能眼镜、智能隐形眼镜和皮肤贴片等装置，它们通过光的物理学和生物学效应等机制，实现了光学设备在临床医疗保健中的应用，可用于泪液血糖监测、眼部药物释放监测、外周血氧饱和度监测、心肺功能监测等健康监测，以及季节性情感障碍和昼夜节律的控制，并在伤口愈合、皮肤护理、毛发生长等领域发挥着重要作用。

图 SEQ 图表 \* ARABIC 2 植入式光医学装置

作者们对植入或穿戴式光学诊疗装置的应用前景非常乐观，认为这些装置结合物联网、大数据和人工智能，未来将真正实现个性化远程医疗。

感谢专委会合作机构中国医学科学院生物医学工程研究所阴慧娟、胡嘉参老师提供的科普文章。