導讀：這種新型設備帶有可拉伸且靈活的傳感器。

摘要：來自斯坦福大學的研究團隊設計并制造出了一種新型可穿戴設備，這種新型設備帶有可拉伸且靈活的傳感器，可以通過粘附在人體皮膚上實時測量和記錄患者的腫瘤大小。傳感器的實時數據能夠讓研究人員通過連續記錄腫瘤大小的變化，來跟蹤給定藥物的即時藥效學反應，進而實現有效治療。

在腫瘤治療過程中，評估治療效果是一個關鍵性問題，而能夠實時監測腫瘤大小變化的工具又是評估癌癥療法的關鍵所在。因此，開發出可有效監測腫瘤大小變化的設備至關重要。據此，來自斯坦福大學的研究團隊提出了一種可拉伸的腫瘤體積傳感器，能夠有效讀取患者的癌癥治療效果。

利用電子材料，研究人員設計了一種可穿戴的應變傳感器，可以測量和記錄患者腫瘤體積隨時間而發生的變化。在腫瘤模型中，這一傳感器能夠在體內治療開始后數小時內辨別藥物治療所帶來的腫瘤體積動態差異。這種非侵入式、電池供電的設備即使對微小的變化也很敏感，只需要按一下按鈕，即可將結果實時無線傳輸至智能手機應用程序上。該項研究成果以“A flexible electronic strain sensor for the real-time monitoring of tumor regression”為題，發表在權威期刊Scidence Advances上。

圖1 研究成果（圖源：[1]）

FAST傳感器是通過在苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯滴鑄層的頂部沉積50 nm的金層制成的，由于其是完全靈活和可拉伸的，因此很容易隨著腫瘤的進展而發生擴張或收縮。對于該傳感器來說，當施加應變時，金層中的微裂紋彼此失去接觸，增加了通過傳感器的電子路徑長度的曲折度。傳感器中電阻的相對變化跨越兩個數量級，因為它從0%拉伸到75%應變，并且可以檢測到低至10微米尺度分辨率的變化。

為該傳感器定制設計的印刷電路板和手機應用程序只需按下按鈕即可實現實時和歷史傳感器讀數。此外，研究人員為FAST傳感器設計了一個3D打印的外殼機制，以確保傳感器和印刷電路板合適地貼合在鼠標上并準確記錄腫瘤體積的擴張或收縮。

為了驗證其在體外辨別形狀體積變化的能力，研究人員測量了傳感器放置在3D打印模型腫瘤頂部時的輸出結果，他們發現，傳感器記錄了體積小至65mm3和大至750mm3的腫瘤體積讀數的顯著變化。

隨后，研究人員再次驗證了傳感器在體內測量腫瘤體積變化的準確性和有效性。在兩種癌癥模型中進行的體內測試表明，與單獨服用藥物或載體的小鼠相比，FAST傳感器檢測到小鼠接受治療5小時內腫瘤生長和收縮動態的統計學顯著變化。

接著，研究人員還以厄洛替尼為例，評估接受治療期間FAST傳感器測量小鼠體內腫瘤體積變化的情況。結果顯示，與其他需要數天才能辨別生物學顯著差異的測量技術相比，FAST傳感器幾乎是在接受藥物治療后就可以立刻監測到腫瘤體積擴張或收縮的情況變化。在治療期間，研究人員分析了動物運動對傳感器施加的機械應力的影響，并評估了傳感器對腫瘤施加的機械應力的影響。佩戴傳感器時，在整個研究期間動物都可以自由移動、飲食和進水，此外，研究人員也證實了傳感器對小鼠體內腫瘤體積的變化沒有任何影響。

研究的最后，研究人員使用實驗性免疫療法對Balb/c小鼠的A20B細胞淋巴瘤實體瘤模型進行了傳感器表征，以證明傳感器監測在多種腫瘤模型和治療方式中的準確性和有效性。最終發現，傳感器可以在多種腫瘤模型和多種治療方式下監測腫瘤體積的變化。

對此，研究人員表示，他們此次設計出來的微型設備——測量腫瘤的靈活自主傳感器（FAST）代表了一種全新、快速、便宜、便攜和準確的測試抗癌藥物療效的方式。從長遠來看，這種微型設備可能會為癌癥治療帶來有希望的新方向。這種監測設備不僅可以準確、快速、便攜地測試抗癌藥物功效，而且也可以顯著降低癌癥治療篩查過程的成本。

參考資料：

[1]Abramson A, Chan CT, Khan Y, et al. A flexible electronic strain sensor for the real-time monitoring of tumor regression. Sci Adv. 2022 Sep 16;8(37):eabn6550. doi: 10.1126/sciadv.abn6550. Epub 2022 Sep 16. PMID: 36112679.  

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