科學家把「摺紙」塞進皮下，竟能實時監測5項生命指標？

皮膚是人體面積最大的器官，它像一堵嚴密的城牆，既擋住了外界的病菌入侵，也把體內的生理、化學信號牢牢鎖在城牆之內。

市面上的智能穿戴設備很難穿透皮膚捕捉深層身體指標；而連續血糖監測儀、人工耳蝸這類植入器械，要麼體積笨重、依賴電池，要麼需要創傷性外科手術。即便是小型無線無電池植入設備，也會因表面積不足，出現供電弱、傳感器精度下降等問題。

針對這一難題，倫敦帝國理工學院與南加州大學的研究人員受摺紙啓發，聯合研發出MiFi微創可摺疊生物電子植入物。它體積小巧，無需大手術即可植入，同時也足夠大，可攜帶無線電源組件和多個傳感器。相關成果在權威期刊《先進材料》發表。

摺紙式瞬態幾何結構

研究團隊的核心思路很巧妙：理想的植入傳感設備應當具備可變幾何形態——植入階段儘量縮小，降低侵入損傷；工作階段恢復大面積，保障電子元件性能。

爲此，MiFi整體採用柔性聚酰亞胺材料，設計成手風琴式多層摺疊結構。摺疊後的體積被大幅壓縮，只需一個微創切口就能滑入皮下，無需大型外科手術；進入軟組織後，材料依靠自身特性自主舒展、攤平，完成從「立體」到「平面」的幾何瞬態轉變。

攤開後的MiFi是一個邊長爲2.1釐米的正方形，厚度僅有0.3毫米。整套置入流程快速，術後無需縫合，創口和組織損傷被控制在最小範圍。

NFC無源無線方案

MiFi徹底告別了傳統植入設備的內置電池。它採用的是我們日常手機支付同款的NFC近場通信技術：外部閱讀器發出電磁場，設備從中收集能量，同時把監測數據同步傳回。沒有電池，就意味着不存在電池漏液、電量耗盡或二次手術更換的風險。

這項技術能不能穿透皮膚穩定工作？研究團隊先用豬皮搭建了體外皮膚模型進行通信測試。結果顯示：閱讀器與皮下植入物之間的距離超過20毫米時，設備依然能完整傳輸全部傳感數據。20毫米，約等於2節手指疊在一起的厚度，這意味着即便設備埋得較深，閱讀器也能輕鬆同步數據。

爲驗證設備在活體組織中的工作能力，團隊將MiFi植入麻醉大鼠皮下，並同步開展離體組織樣本對照實驗，均驗證了設備可在真實生物組織內穩定運行。

多指標同步監測

MiFi內部搭載了多組傳感模塊，一次植入就能同時捕捉5項核心健康指標：心率、呼吸頻率、體溫、組織酸鹼度，以及細胞外液中的鋰離子濃度。

前3項屬於常規生命體徵，設備可持續記錄心跳和呼吸的細微波動，實時反映基礎生理狀態。真正讓這款設備脫穎而出的，是鋰離子監測。

在臨牀上，鋰劑是治療雙相情感障礙等精神疾病的重要藥物，但它的安全劑量區間極窄，濃度稍高就可能引發中毒。傳統模式下，患者需要反覆到醫院抽血複查，既麻煩，又難以捕捉藥物濃度的實時變化。而MiFi的鋰傳感器可長期連續監測體內藥物水平，爲個體化給藥提供持續動態數據。未來，醫生或許只需在診室裏查看患者皮下傳感器傳回的數據，就能精準調整藥量，患者也能告別頻繁扎針的痛苦。

對比現有植入器械，MiFi已經展現出核心優勢：微創無縫合植入、NFC無源無電池設計、生命體徵與化學指標同步監測。但MiFi仍處於早期研究階段，目前僅完成了離體組織實驗和大鼠活體動物實驗，距離開展人體臨牀試驗，還需要經過大量安全性與可靠性優化。