想象一下,一位外科医生正在进行一场复杂的手术,能够从手术刀获得即时的生化反馈,而不是来自走廊另一头的实验室。得益于布拉格化学与技术大学(UCT Prague)的研究人员,这个愿景现在离现实又近了一步。
由泽德尼克·索费尔教授领导的团队开发并验证了“刀上的实验室”概念,这是一种带有诊断传感器的外科工具。他们的研究成果已在期刊分析化学上发表。
这一创新解决了外科手术中的一个关键挑战:样本采集与实验室结果之间的时间滞后。在侵入性手术中,患者的生化特征可能会迅速变化,但传统的检测方法过于缓慢,无法提供即时、明智决策所需的实时数据。
研究团队创造了一种可一次性使用的紧凑型电化学传感器,该传感器完全采用3D打印技术,且无缝集成在标准医疗手术刀把手中。设计的巧妙之处在于简单和易于获取。团队使用一台常见的桌面型3D打印机,用一种特殊的材料制造了多层传感器,这种材料将聚乳酸(生物塑料)与导电碳纳米材料结合在一起,使得该设备能够进行复杂的电化学分析。
为了验证他们的概念,研究人员测试了手术刀具检测肾上腺素(肾上腺素)的能力,这是一种关键的激素,能反映压力,通常在手术中会使用。其性能表现非常卓越:传感器仅需一滴50微升的样本就能检测到低至130纳摩尔(nM)的浓度进行全面分析,这在生物液体有限的情况下是一个至关重要的优势。
此外,在使用人工血液样本的研究中,该设备表现出高达91%到105%的精确度。值得一提的是,每个一次性传感器的生产成本大约为0.40欧元,这使得它在无菌环境中非常实用且易于扩展。
刀片实验室检测不仅仅是一个巧妙的设备;它代表了向手术室内的即时检测(PoC)诊断转变。通过消除外部实验室检测的延迟,这项技术可以让临床医生实时监测患者的状况。
“在关键手术中,等待实验室报告是一种奢侈,”索弗教授解释道。“我们的目标是创造一个多功能工具,尽量减少手术室里的仪器数量,最大化外科医生能获取的可操作信息。这项研究表明这是可行的。”
这项技术的未来应用广泛。进一步的发展可能使得可以直接在组织中即时监测关键代谢物、离子及 pH 值,从而在肿瘤学和急救手术中增强决策能力,尤其是在每一秒都至关重要的情况下。这也为机器人辅助手术的整合铺平了道路,使机器人平台能够根据患者的实时生化信息调整其行动,开启“智能”手术环境的新纪元。
虽然这目前仍然只是一个概念验证,但研究确认可以利用广泛可用的技术创建先进的功能性诊断工具,为新一代智能手术器械的诞生铺平道路,这些器械有望让手术变得比以往任何时候都更安全、更灵活。
更多信息: Anastasios V. Papavasileiou 等,刀上的实验室医疗工具:一种结合一次性全3D打印的电化学电池的医疗工具,促进手术室内的滴定体积化学分析,期刊《分析化学》(2025)。 DOI: 10.1021/acs.analchem.5c00599
特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.