据著名医学杂志《柳叶刀》报道，全球每年有2000多万名女性患严重妊娠，每年约发生260万例胎儿死亡案例。为了有效的降低胎儿死亡率，对羊水的健康状况进行监测和提前干预是目前认为的最有效的方法。临床上广泛采用的技术为B超成像和羊膜（水）穿刺术。然而，由于它们无法同时对羊水里面的成分进行分析和对健康状况进行实时监测，限制了进一步的发展。

近日，来自南京大学的张晔团队在《Advanced Materials》上发表了题为“Interface-Stabilized Fiber Sensor for Real-Time Monitoring of Amniotic Fluid during Pregnancy”的研究论文。该论文开发了一种可对羊水里面的生物化学成分进行实时监测的纤维传感器。鉴于该传感器所具有的优异的灵敏性、安全性、稳定性和选择性，使其成为了一种具有潜在临床意义的新技术和新方法。

羊水量是宝宝健康的风向标

羊水量多少和胎儿的健康状况有极大的关系。羊水量多妈妈的宫高腹围会增大，反之亦然，但这受到的影响因素太多了，一般我们用超声来估计羊水的多少。超声检查时关于羊水有两种报告方法，一种是羊水最大深度，测定超声影像下羊水池最深的经线，一般在孕周较小的时候用这种方法；一种是羊水指数，将子宫分成上下左右四个象限，四个象限内最深经线数值相加就是羊水指数。

孕晚期羊水指数小于5，说明羊水过少，可能少于300ml，如果羊水指数超过18，那么说明羊水过多，可能超过了2000ml。

孕末期羊水的主要成分是胎儿的尿液。最主要的导致羊水过少的原因是胎盘功能不良，妈妈不能供给胎儿足够的营养、水分，那么胎儿的尿液不会多，就好像我们不喝水，尿就会少是一个道理。第二个引起羊水少的原因是胎儿的泌尿系统的畸形，包括肾脏的发育不良。肾脏是产生尿的器官，如果肾脏不能产生尿液，自然羊水就会少。但会表现为孕中期开始持续羊水少，如果孕末期突然羊水过少，可能提示胎盘功能不良，胎儿缺氧。

羊水过少除了提示胎儿发育的异常，还对肺的发育产生影响。胎儿有了呼吸运动开始，肺内充满羊水。如果孕中期开始羊水过少，往往导致胎儿的肺发育不良、肺容积不足。胎儿肺发育不良，则出生后会发生呼吸窘迫综合征、严重导致新生儿死亡。孕晚期羊水少，子宫与胎体、脐带之间没有压力缓冲，会导致脐带受压，影响胎儿的营养与氧气的供应。

羊水过多通常发生在孕晚期，主要是胎儿尿多。一个原因是胎儿营养过剩，比如：胎儿过大、妈妈有轻度的糖尿病，都会导致羊水过多。胎儿的畸形也会导致羊水过多，主要是消化道的畸形如食道闭锁，使羊水不能正常的通过消化道减少；开放性神经管缺陷、腹壁缺损会导致脑脊液外流、体液过度的渗出导致胎羊水过多。一些染色体异常会导致吞咽功能受损、宫内病毒感染、胎儿溶血所致胎儿水肿，也会导致羊水过多。

羊水过多除了是胎儿不健康的信号，也会影响妈妈、胎儿的健康。羊水过多，导致子宫过度的膨胀、易发生胎膜早破、胎盘早剥、产后子宫收缩不良、产后出血等并发症，急性羊水过多，也影响妈妈的血液循环系统，导致妈妈胸闷、气短、不能平卧、水肿加重等。羊水的量是非常重要，因此医生孕中晚期非常重视通过超声检查羊水的量。

新型传感器有望代替B超

近日，南京大学张晔课题组开发设计了一种界面稳定的纤维传感器，用于实时监测妊娠期羊水中的生化动力学。通过开发生物界面匹配的高分子凝胶涂层，该传感器可以实现与羊膜组织快速黏附、促羊膜再生和植入周期均匀的应力分布，维持羊水稳定。传感器表现出优异的响应性能和高生物相容性，当妊娠期突发疾病时，传感器实时监测到羊水中的生化异常并发出预警，极大改善了胎儿的存活率和发育状况。

该方法对于妊娠疾病的早期预警和改善胎儿的存活率和发育方面具有重要价值。成果近期以“Interface-Stabilized Fiber Sensor for Real-Time Monitoring of Amniotic Fluid During Pregnancy”为题发表在Advanced Materials期刊上。南京大学现代工程与应用科学学院博士生栗乾明、卢江和南京中医药大学李丹为论文共同第一作者，南京大学现代工程与应用科学学院张晔副教授为论文通讯作者，南京大学是该论文的第一单位。研究工作受到国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、江苏省 “双创团队”项目等基金的支持。

纤维传感器由多信号响应纤维芯和高分子凝胶壳组成。通过在碳纳米管纤维电极上沉积功能材料制备响应纤维，监测不同信号的纤维被进一步加捻构成多信号响应纤维芯。高分子凝胶是通过将Ⅰ型胶原蛋白负载到丝素蛋白上制备的，然后涂覆在纤维芯上以获得纤维传感器。植入后的纤维传感器在形态上类似于皮肤表面的毛发。

纤维传感器植入后，高分子凝胶在15分钟内膨胀并封闭伤口，然后紧密贴合在羊膜上。随后通过释放凝胶中的Ⅰ型胶原蛋白促进羊膜上皮细胞向修复性羊膜间质细胞转化。羊膜间质细胞通过分泌转化生长因子-β诱导蛋白ig-h3（TGF-βi），来重塑羊膜周围的环境，促进伤口愈合。作为羊膜完整性的有力证据，传感器植入后，促炎细胞因子白细胞介素-6（IL-6）、IL-1β以及羊水的菌落培养和空白对照组无统计学差异。在整个植入期间，传感器与羊膜的力学性能相匹配，作为局部应力的指标，基质金属蛋白酶-8（MMP-8）和MMP-9的表达和空白对照组一致，且羊膜没有产生额外的破裂。

由于传感器与羊膜的稳定界面，其在体内的生物相容性得到了保证。将传感器植入后，未观察到明显的炎性细胞浸润。血细胞和血生化指标以及核心器官的状况与空白对照组一致。进一步评估其对胎儿的影响，通过B超验证了胎儿的大脑和四肢发育，并未观察到明显差异，妊娠大鼠的孕龄和子代存活率也与对照组一致。子鼠的体重，大脑发育和认知行为与正常鼠无统计学差异，证明了纤维传感器良好的生物安全性。

实验证明具有优异的生物相容性

研究人员通过一系列实验证明了该纤维传感器具有优异的生物相容性。还借助于血常规和生化指标检测的方法发现在IEFS植入7天后是不会对母体的心脏、卵巢等主要器官产生影响的。

更重要的是，研究人员还证明了该纤维传感器不会影响胎鼠的正常生长发育以及出生后的体重、器官发育等多项指标。B超成像的结果显示，在IEFS植入7天后，胎鼠的大脑和肢体发育状况与对照组无明显差异。此外，胎鼠出生后的体重、血常规和生化指标均在正常参考范围内。

随后，通过电化学手段证明该传感器具有优异的灵敏性、长时间的稳定性和良好抗干扰能力。妊娠期间，乳酸、葡萄糖、一氧化氮和pH是动态变化的。该传感器对这四种物质的检测均具有明显的线性行为、足够的检测范围和良好的可重复性。在30天的连续监测过程中，其信号强度始终是稳定的。研究人员表示，各种干扰物质的加入并不会影响其检测结果，表明该传感器具有优异的选择性和抗干扰能力。

最后，通过大鼠体内实验和模块化的羊水早期预警系统（AFEWS）显示出该传感器具有作为临床上使用的实时检测技术的潜力。研究显示，大鼠体内的实时监测数据与体外的实时监测数据一致性高达98%以上，表明将该纤维传感器应用于体内监测的高准确性和可行性。除了可以有效的监测外，实现对妊娠疾病的早期预警也是必要的。在这里，研究人员将该纤维传感器与模块化的柔性芯片集成在一起用于实现对羊水里面的生物化学成分实时监测。当羊水里面的生物化学指标异常时，AFEWS就会发布早期预警，然后我们可以及时的进行干预。统计结果显示，在AFEWS的早期预警条件下，胎鼠的最终成活率可达95%，这与未发生异常的胎鼠的成活率相近。

总之，这项工作为我们提供了一种可以对羊水里面的生化指标进行长时间监测的技术，可以极大地提高胎儿的成活率，具有在未来作为人类胎儿健康监测技术的潜力。

文章来源： 微流控，生命科学life，慈溪小艾艾