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小小的生物芯片，犹如一座小型医学实验室，正发挥着重要的作用。那么如果在这个芯片安上生物传感器植入人体后，它就会与人体内的目标物质发生作用，监测人体的生理变化，做好疾病的预防。而今，这种芯片正在逐步走出实验室……
近日，有新闻消息报道了瑞士医学专家研制出一种可植入人体皮肤组织下的微型芯片，随时监测健康状况，让患者及医生做好准备，研究人员希望该系统能于4年内投入使用。芯片植入人体后是怎样发挥作用的？哪些疾病有望通过这样的芯片来监测？研制这样的芯片难在何处？我们采访了专家。
特定生物传感器芯片成为体内微型化验室
辽宁日报：近日，有新闻消息报道了瑞士医学专家研制出一种可植入人体皮肤组织下的微型芯片，随时监测健康状况，能预知疾病的到来，让患者及医生做好准备。这个植入的芯片属于我们现在说的生物芯片，上面又布有传感器，这样的芯片有什么特点？
叶学松：广义地来说，这种微型芯片是一种生物医学传感检测芯片，它的测量对象是人体的生理（如体温、血压、心电等）和生化参数（如葡萄糖、尿酸和胆固醇等），植入到体内的此类芯片能动态实时地监测上述人体的各种参数，从而起到时刻监测身体健康状况并预测疾病的作用。上述芯片与生物芯片不尽相同。常见的生物芯片检测的对象多为一类生物物质，如 DNA、蛋白质、细胞等，而要监测人体的健康指标参数，不但要以生化指标为对象，更要有血压等生理参数指标。
辽宁日报：新闻中说这个芯片上有5个传感器？
叶学松：那么它就应当属于多参数生物医学传感检测芯片，芯片上应该包含了能同时检测5个不同参数的生物医学传感器，具有多功能集成的特点。
辽宁日报：生物芯片是生物技术的前沿，因为很微小，所以它们可以而且正在被考虑植入人体来实现监测或治疗功能？
叶学松：借助微细加工技术，将大量已知序列的核酸或蛋白质片段有序地组合到一个微小基片的表面，通过待测物质与之进行反应，就可以分析待检标本的相应成分，这就是生物芯片。它分析的基本原理与基于普通试管的分析方法并无两样，但是它是微型化、集成化及高通量的生物分析技术。配体点阵及固定化以及相应的传感检测技术是生物芯片的关键技术。将这样的生物芯片植入人体直接与人体内的某种待测物质相接触，从而达到长期的、连续的、实时的监测人体内生化参数指标的变化，相当于病人在体内有了一个自己的 “生化分析实验室”。
辽宁日报：提到植入人体来诊断或治疗疾病，我们想到了已经有所应用的心脏起搏器，这个植入装置不属于生物传感器范围吧？
叶学松：植入式人工心脏起搏器是一种电脉冲刺激器，发送电脉冲刺激心脏，使传导不好的心脏应激而起搏的植入式电子装置。像这样的植入式电子装置已经出现多种，如控制帕金森病深部脑刺激（DBS），将幅度和频率可调的脉冲波形通过射频方式传入埋藏体内刺激器，再经白金电极传入脑内病变部位，用电极尖端释放的电刺激调节脑内锥体外系核团的功能，从而使疾病得到控制。上述装置一般通过植入式电极检测人体相应组织部位的电生理信号，通过对它们的监测决定是否产生治疗电信号的输出，从严格的意义上来说，用于测量电信号的微电极与测量非电量的传感器不能算是同一类器件。
血压、血糖、心率等指标有望实现实时连续监测
辽宁日报：植入人体的芯片或传感器一般可以 “微小”到什么程度？
叶学松：植入式芯片对体积的要求与具体的植入部位和植入体内需实现的功能有关，一般体积可以从十几、几十立方毫米至几个立方厘米。
辽宁日报：报道说瑞士这个植入芯片可以监测人体内的不同物质，如乳酸、葡萄糖或三磷酸腺苷等的变化情况，这个可以实现吧？
叶学松：理论上说，只要是在体外应用传感检测芯片可以完成的检测参数，一般都可以想办法放入体内实现在体的检测。只是植入到体内的装置涉及到更加复杂的设计技术，如植入式装置的生物相容性的技术。
辽宁日报：能在体外检测，为什么还要把芯片在体内检测，是不是由于它能实现实时、连续的监测？
叶学松：是的，这是植入式芯片的重要特点之一；特别是针对某些需要用有创方法 （说的通俗点就是要带创伤的，侵入你的皮肤或肌肉或内脏里）来实现测量的参数来说，如血液、组织液中的某些物质含量需有创采样分析样品，这时采用植入式测量装置能方便实现测量对象的实时、连续的监测。而针对某些测量对象，如血压的动态连续监测，植入式装置可以测量得到更加精确，因为相对体外的无损检测方法，植入式装置的测量方法更加直接，减少了干扰的影响。
辽宁日报：目前有哪些“生理指标”最有希望通过植入式芯片来实现监测？
叶学松：在心率、呼吸、体温、血压、血氧饱和度以及血糖等众多人体健康参数指标中，有的已经有了成型的产品，有的还处在研发阶段，但在临床上都没有实现大规模应用。
辽宁日报：您刚才提到血糖监测，现在糖尿病患者很多，其血糖浓度有的需要不定时的控制，那么植入式传感器监测的实时监测就十分有必要了吧？
叶学松：目前，糖尿病患者的血糖监测多数依靠手指尖采血，再进行体外测量的方法。可想而知，这样的测量和监测是间断的，也很可能会误判胰岛素的用量。如果把血糖传感器芯片植入到患者的皮下，监测得到患者葡萄糖浓度连续动态变化的曲线，再对照患者用餐、用药、锻炼等日常生活事件，来判断血糖变化趋势与血糖波动情况，就能准确、全面反映患者昼夜血糖变化规律，医生可以根据病人血糖变化制定准确的治疗方案，提前预报疾病的发生。特别是针对临床上某些类别的糖尿病重症患者，这种实时动态监测是十分必要的。
突破体内大环境限制是成功植入芯片的关键 辽报日报：刚才说用于检测和监测生理变化的都没有大规模应用，这是为什么呢？
叶学松：对于患者来说，毕竟植入式芯片的植入需要手术，而其在体内可能也会部分影响到患者的正常生活，其中也包括心理上的，何况植入式装置会有时间寿命等方面的问题，因此在没有必须依靠它来维持生命的时候，患者大多不愿意使用。其次，从芯片制造的技术角度来看，如果植入体内的装置能足够的小，寿命足够的长，植入体内足够的安全，植入的手术非常微创，那么我相信在某些场合下，患者还是会选择使用的，所有的一切都要依靠植入芯片相关领域最前沿的技术来解决研制和应用上面临着各种困难。
辽宁日报：微型芯片安装在体内，而不是放在体外的空间，人体本身是不是对其有着很大的制约？
叶学松：是的，植入式芯片工作于生物体这一特殊的环境中，要求具有体积小、功耗低、结构简单、稳定可靠的特性。而稳定可靠的基本要求就是有着很好的生物相容性：首先，植入到人体的装置一般外面通常需要一层生物相容性包装材料减少植入造成的炎症和包裹，从而使得植入体内的传感器能可靠和稳定地工作；其次，植入体内的电子装置需要有一种安全可靠的供能装置，使得植入系统有足够的电能供给；最后，体内外高效的无线信号的通讯，天线的设计等，这些都将面临一定的挑战。
辽宁日报：您觉得植入式芯片特别是监测病情、人体生理指标的芯片能够大规模应用到临床还需要多少年？我国在这一领域是否与国外存在差距？
叶学松：植入式芯片在临床上的大规模应用将依赖于多学科前沿技术的发展以及这些技术相互融合的成熟度，即需要把这些技术完美结合、集成到植入芯片这一具体目标中。对于植入到人体的植入式装置，要经过严格的医疗仪器电气安全测试，还要经过一系列动物及人体的试验过程，所以就注定了从其研发到临床的实际应用将是一个长期的过程，经过不断完善改进，有可能五六年，也有可能要十年以上，最终会服务于医疗服务于百姓。我国在植入芯片技术的科研上一直紧跟国际先进技术，目前与发达国家还有一定的差距，我们应抓住国内外同时研制植入芯片的机遇，早日在某种产品上形成突破，占领植入芯片这一前景广阔的医疗市场。
■记者感言
把芯片植入人体实现治病救人的目的，一直是我们的一个美好愿望。而今，科技正在把这个愿望变为现实。但人体是个复杂的系统，外来物和人体都要经历“双向”考验，多学科技术也要经受“组合”磨练，所以这个过程必然是复杂、精细、长期的，一蹴而就是不可能和不负责任的。而且即使成功了，也要防止芯片植入的滥用，这是不能不提示的后话。
专家档案
叶学松 博士。浙江大学生物医学工程与仪器科学学院教授，博士生导师。浙江大学生物传感器国家专业实验室副主任。目前主要从事生物医学传感检测和环境监测领域新型传感检测技术的科学研究工作。
