科技的演進勢不可擋,研究人員持續發現全新或更好的應用;舉例來說,傳統上紡織品的形態就是布料,像是20年來人們一直用來擦拭眼鏡的超細纖維(microfiber)布料。而現在,由塑膠和黏著劑製成的紡織品也能穿戴在身上,但並不是衣物,是應用於醫療保健產業領域——例如印刷式的感測器能提醒想打瞌睡的車輛駕駛人。以下讓我們看看紡織品是如何演進,跨足至醫療保健以及更多其他應用領域。

遠程患者監測

今日的IoT連網可穿戴裝置(如Fitbit或Apple Watch)可以讓醫師在遠端監測患者情況;在接下來的五年內,我們可以期待透過IoT遠端監控以那些裝置來記錄患者生命徵象,並將資料傳送給醫師,而且我們還可以利用配備生物感測器的電子紡織品(eTextile),往前更進一步。

以病患追蹤案例來說,醫師可透過應用程式追蹤糖尿病或萊姆病(Lyme disease)等症狀,由電子紡織品所收集的資料會發送至應用程式以記錄訊息,然後再將傳遞給醫師;如此一來,患者可減少往返醫院的次數,醫師則有更多可以分析的資料。如果那些資料是透過智慧型手機上的某個應用程式來發送,患者甚至可以看到自己的生命徵象紀錄,以及與自身症狀相關的重要資訊。

結合遠端監測與遠距醫療,醫師可以根據電子紡織品收集的生命徵象,以及透過在遠端訪談期間取得的描述和影像——這利用智慧型手機的相機就可輕鬆實現——獲得診斷患者所需的各種資訊。這樣不需要病患親自看診,醫師也能為患者開具處方籤或治療計畫;這對於需要舟車勞頓才能前往醫院的偏遠地區患者來說特別會是一大福音。

智慧繃帶

智慧繃帶是由複合纖維(composite fibers)製作的紡織品,內有一個核心電熱器,並由含有熱敏藥物載體的水凝膠(hydrogel)所覆蓋;利用智慧型手機可以控制通過纖維的電流,將水凝膠加熱並,活化所選擇的藥物載體並釋出內含藥物。單一個智慧繃帶可以被設計為內含多種藥物,而且每種藥物的釋出特性都不同。

美國塔夫茨大學(Tufts University, Medford, Massachusetts)開發的智慧繃帶原型。(圖片來源:美國NIH資料庫)

許多應用都對這種技術產生了興趣;透過皮膚給藥,醫護人員可確保所負責的病房在正確的時間獲得正確的藥物——這比吞服藥丸或皮下注射更方便。而其更大價值在於戰場上的應用;在戰爭中的傷兵通常會有多處損傷且更容易受感染,智慧繃帶不僅能協助防範,還可以加速癒合過程,讓士兵能更快重返戰場。

為燒傷患者「印」皮膚

來自西班牙馬德里卡洛斯三世大學(Universidad Carlos III de Madrid)的科學家,利用3D列印技術製作了合成人體皮膚紡織品;他們在被稱為「生物列印」(bioprinting)製程中使用了生物成分,並非傳統3D印表機使用的塑膠材料。

該大學在一篇2017年初發表的新聞訊息中簡述了兩種不同製程,能「從細胞庫中以工業化製程大量生產同種異體(allogeneic)皮膚;或是以患者自己的細胞為個別案例製作自體(autologous)皮膚,用於治療嚴重燒燙傷等醫療用途。」

合成皮膚使用生物墨水,試圖複製真正皮膚中的皮層;而採用正確生物成分來對抗劣化(deterioration)會是成功關鍵;該校研究員Juan Francisco del Canizo 表示:「了解如何混合生物成分、在什麼條件下不會讓細胞劣化,還有如何正確地沉積產品,對系統來說至關重要。」

以電腦控制整個流程,透過注射器將生物墨水「以有序的方法沉積在列印平台(print bed)上,然後生成皮膚;」3D印表機首先列印具有角質層的表皮(epidermis),即皮膚外層,接下來是真皮(dermis),然後是一層會生成膠原蛋白(collagen)——這種蛋白質能讓皮膚有強度與彈性——的纖維母細胞(fibroblasts)。結合以上,很快皮膚移植就不再需要從身體其他部位取皮。

研究人員能在短短半小時內生成100平方公分的合成皮膚,他們還建議使用患者自己的細胞來生成這種合成皮膚;這基本上是因為能讓肌膚紋理個人化,以與患者更契合。在這種情況下,燒燙傷患者再也不用擔心皮膚移植問題,所採用的皮膚仍然是自己的皮膚,而且並不是從身體的其他部位取得,是用電腦列印出來的。

利用患者自己的細胞來合成皮膚的另一個有趣應用是藥物測試,因為每個人都可能對藥物過敏,以一小塊具備患者DNA的合成皮膚來進行藥物測試,觀察是否有任何不良反應,就可避免人體測試的風險。

無論是塑膠或合成人體皮膚,紡織品正在改變醫療保健領域的未來。有了合成皮膚,皮膚移植就不再需要從身體的某一部位來取皮;而透過電子紡織品則能透過無線技術將資料傳輸到應用程式,再發送給醫師。遠端監測能減少患者往返醫院看診的次數,智慧繃帶則可以改變戰場上的治療方式,讓傷兵能在更短時間內痊癒並重返戰場。

本文同步刊登於EDN電子技術設計2018年10月平面雜誌

(本文原刊於EDN姊妹刊,ASPENCORE旗下EEWeb網站;參考原文: Advancements in Textile Engineering Technology for Health Care,by Avery Phillips)