机械工程师们创造了一种创新的人工纤毛系统，能够追踪人类气道中的粘液状况。这一进展旨在改善对感染、气道阻塞以及囊性纤维化（CF）、慢性阻塞性肺病（COPD）和肺癌等疾病严重性的检测。
机械工程助理教授董小光正处于一个研究团队的前沿，该团队设计了人工纤毛，以监测人类气道内的粘液，增强对感染、气道阻塞以及囊性纤维化（CF）、慢性阻塞性肺病（COPD）和肺癌等疾病严重性检测的能力。
研究结果已于11月4日发表在《PNAS》上，文章标题为“用于气道生理特性原位监测的传感器人工纤毛。”
研究人员强调，持续监测气道状况的重要性，以确保及时干预，特别是当放置气道支架以缓解肺癌及其他疾病引起的阻塞时。监测粘液状况至关重要，因为它们提供了炎症和支架状态的关键指标，但实现这一点非常困难。现有技术依赖于计算机断层扫描（CT）和支气管镜检查，存在辐射风险，并且无法在临床外提供持续的实时反馈。
为了复制自然纤毛的感知功能，董小光及其团队开发了先进技术，以评估粘液的粘度和层厚度等性质，这些都显著表明疾病的严重性。
“粘液的粘度传感机制利用外部磁场激活一个磁性人工纤毛，并通过一个柔性的应变计测量其形状，”研究人员表示。“此外，我们提出了一种能够进行粘液层厚度电容传感的人工纤毛，具有独特的自我校准、可调灵敏度和范围—均由可穿戴驱动系统的外部磁场供电。”
该团队通过在一个人工气管和一个羊气管中，单独使用传感器或与支架一起进行测试。这些传感数据以无线方式传输到智能手机或云端进行进一步分析和疾病诊断。
“这些提出的传感方法和设备为粘液状况的实时监测开辟了新途径，帮助早期疾病检测并提供支架功能的警报，这使得及时干预和个性化医疗成为可能，”该研究总结道。
这项研究是与范德比尔特大学医学中心的教职员工合作进行的，包括医学和胸外科教授法比安·马尔多纳多；胸外科助理教授凯特琳·德玛雷斯；以及土木与环境工程系主任、科尼利厄斯·范德比尔特工程教授卡格拉尔·奥斯凯。研究的首席作者王宇生是机械工程系的三年级博士生。
早些时候，董小光获得了国家生物医学成像与生物工程研究所（NIBIB）颁发的R21开拓者奖，该所隶属于国家卫生研究院（NIH），旨在推进“用于微创治疗纤毛功能障碍的无线驱动纤毛支架”项目。
开拓者R21奖旨在支持新兴研究者从事与NIBIB兴趣相关的研究，涉及生命科学、工程学和物理科学的交汇处。
