无痛针头:灵感源于蚊子


  一提到蚊子,人们就会厌恶地想到它嗡嗡叫、吸人血。但是,日本大阪关西大学(Kansai University)的机械工程师青柳诚司(Seiji Aoyagi)发明了一种无痛皮下注射针头,研发灵感来自蚊子吸血用的喙。尤其令人惊奇的是,针头的外表面并非光滑,而无痛原理正是源于这种锯齿状的外表面。

  在蚊子完成叮咬过程后,人们往往会感觉很痒,这是由于蚊子在叮咬过程中对人体注入抗凝剂中含有细菌。但是,为何人们很难察觉蚊子在初始时的叮咬呢?蚊子的喙含有一只内置管状上唇,由两片锯齿状上颌骨包裹(一边一只),这些上颌骨会首先扎入人的皮肤,然后管状上唇跟着滑下,负责吸取人血。因为上颌骨的外表面为锯齿状,这能够最大限度地缩小与人的皮下神经接触的范围。相比之下,那些光滑的皮下注射针头,则是最大限度地接触大量的皮下神经,引起人的疼痛和不适。

  青柳教授研发的这种皮下注射针头装置用蚀化硅制成,由三个部分组成,模拟蚊子的上唇和上颌骨结构:两片具有锯齿外刃的鱼叉状杆,两杆之间有一个光滑管道,可用来注射药物或采血样。在操作时,只有鱼叉状杆穿透人的皮肤,光滑管道的尖端只有尖端触碰人体。蚊子会振动它们的喙,帮助锯齿状上颌骨在人体组织内松弛,青柳同样也模拟了这个设置,他设计了15赫兹的压电晶体马达负责振动。

  虽说设计复杂,这种针头实际上非常小,大概只有1毫米长,直径0.1毫米,针壁厚度更是仅有1.6微米。针头连接着一个5毫米宽的容器,可以用来存贮针头搜集的斜体。为了测试针头的应用性,关西大学的研究人员用硅胶模拟皮肤阻力,硅胶覆盖着一个装有红色染料的容器,结果表明,针头成功地从容器中吸取出红色染料。研究小组同样也在人体进行了测试,受试人表示说,比起普通针头,这种针头带来的疼痛要小的多,但是不适的感觉却更持久。

  青柳认为,若能更逼真地模拟蚊子7根针状口器,包括使喙稳固扎入皮肤的体系,这种不适的感觉将会有所减少。青柳计划在将来的研究中进行这类改进设计,他希望这种针头最终能用于实验室采血样,或者因此研发出小型无线监控系统,可以长期附着在病人身上监控他们的病情,例如糖尿病患者等。