1分钟知识锦囊｜人体植入芯片这件事，离普通人到底有多远？

提问：@yanyan.

今日锦囊答主： Jason Yang CTO from ApreX Biotech

关于植入芯片到人体内部，从技术层面来讲，已经没有什么难度。举个例子，喜好养宠物的人，有不少人会选择为自己的宠物植入宠物芯片。这一种很典型无线电射频芯片，只比大米粒大一点点，使用特定的装置打入宠物体内。如果用特定的仪器扫描芯片中记录的信息，如宠物主人的名字，地址，联系方式等，就会被全部读出。某些更为高端的芯片甚至还有定位功能，如果自己宠物走失，主人也可以轻易地找回。人体芯片也比较类似，当然根据芯片的不同，与人体连接的方式也会不一样，比如有的芯片需要转入，而有的芯片可以直接贴到皮肤上。

若以植入时间来分，可以分为永久植入和非永久植入；如果按功能来分，有可监控人体生理指标的血压血糖血氧的芯片，也有只记录个人相关信息的RFID射频芯片，甚至有残疾人可以通过植入这种芯片实现对智能假肢的控制。

有文章提到在瑞典，有超过4000人在身体中植入了芯片，这种案例比较少见，而且该公司也只是为员工提供这个选项。事实上，我们目前就在进行一项极其前沿的研究，举例来说，有一种“器官芯片”是在体外的芯片上构建，这种芯片可在体外模拟人体不同组织器官的主要结构功能特征和器官间联系，用以预测人体对药物或外界不同刺激产生的反应。如果在做一些比较危险，不确定性比较大的药性毒副作用实验的时候，使用这类器官芯片进行模拟来规避风险，这样就不用直接进行人体实验了。

关于隐私的问题，我个人的意见是不正当地使用一定会对个人隐私有所侵犯。但是这个锅不能由植入芯片来背，而关键是看你怎么用。就和拿着菜刀去杀人，你不能怪菜刀一样的逻辑。相关法律法规的建立也很重要，比如监控生理指标芯片所产生的数据，只能由你和你授权的医生获取等等。

至于价格，目前动物植入芯片因为数量大，技术成熟，价格已经非常便宜。单套植入设备，包括芯片和植入器等，不会超过10元人民币。而对于人体植入芯片，拿最简单的射频芯片来说，由于需要植入到人体内，必须获得相关部门的批准，因此价格还是比较高的。世界上最有名的植入芯片公司VeriChip，单个芯片售价为200美元，芯片植入者还需要付给医生额外的植入费，以及每月10美元的数据管理费。但是可以预见随着整个产业的发展，整体的价格会越来越低。

1分钟知识锦囊是36氪的日更问答新栏目，旨在每天以一分钟为限，快问快答一个重要的商业问题。今天我们解答的是芯片相关的问题。如果你对近期的商业世界还有什么疑问，欢迎在评论区给我们留言，锦囊负责找高手为你解答。

人体器官芯片技术是什么？

2023 年 10 月，东南大学的研究团队在精准医疗领域取得了一项引人注目的突破：成功研发出了先进的“人体器官芯片 ”。

早在 2016 年，人体器官芯片方面的生物医学技术就被达沃斯世界经济论坛评选为“十大新兴技术之一”，而且被认为是中国在生物医药领域需要攻克的关键核心技术。

人体器官芯片技术是什么？

“人体器官芯片”不是单一的科学成就，而是由诸如干细胞科学、生物材料工程、纳米加工技术等多个前沿技术交叉集成而成。

这些芯片是一种在体外构建的高度复杂的器官微生理系统，可以模仿人体组织的各种功能。 这样的设计不仅减少了对动物和人体实验的需求，而且能够更有效地筛选和评估潜在的新药，从而极大地加速了药物研发进程。

在这一技术的突破过程中，纳米材料 发挥了至关重要的作用。

纳米材料由于其极小的尺寸和高度特定的物理化学性质，可以在生物系统中模拟细胞结构和功能。这些纳米材料通常以多种方式被用于构建和支撑人体器官芯片的微结构，提供了更接近于生物体内环境的条件 ，因而使得药物测试结果更加准确。

图1多室淋巴结芯片能够测量免疫细胞对药物反应的运动性。图片来源：参考文献[1]

纳米材料：微观世界的魔石

纳米材料，一种在尺寸上处于纳米级别的先进材料，已经引起了科学界和工业界的广泛关注。

纳米是一个极其微小的长度单位，只有一米的十亿分之一。由于它的尺度如此之小，以至于它完全超出了人类视觉的检测能力。

电镜下的纳米粉末形貌。图片来源：参考文献[2]

人的头发丝大约有 80000~100000 纳米宽，所以纳米尺度只有头发丝宽度的十万分之一；普通的纸张大约有 100000 纳米厚，这意味着纳米尺度只有它的十万分之一；人的指甲每秒钟生长大约 1 纳米。

当物质缩小到纳米尺度时，其性质，如颜色、强度、电导率和化学反应性等，往往会发生显著变化。

这些变化主要是因为在纳米尺度上，物质的表面积与体积的比率大大增加，同时量子效应也开始变得显著 。这种现象赋予了纳米材料在包括医疗、能源和信息技术等众多领域巨大的应用潜力。

器官芯片的设计理念

器官芯片不仅是一种生物工程的奇迹，也是细胞生物学和材料科学交汇的产物。

这些芯片并不旨在复制一个完整的、活体的器官，而是通过将培养细胞组装成三维组织结构，来模拟人体器官的基本功能。其核心目标是建立一个模拟人体生理状态的可控最小功能单元。

器官芯片集合了传统的人体细胞培养方法的便捷性和器官系统的高度生物保真性。通过简单但精密的工程技术，这些芯片能够构建出能预测器官功能的最小单位。

使用器官芯片技术，科学家和医生不仅可以收集关于人类遗传学、生理学、病理学的多样性信息 ，还可以大大降低药物研发过程中的风险 ，进一步推动精准医疗的实施。

器官芯片相互连接示意图。图片来源：参考文献[3]

纳米材料在科技领域的多元应用

纳米材料在多个科技领域发挥着日益重要的作用，不仅带来了革命性的变革，还解决了一系列长期存在的问题。

在材料科学中，纳米技术已经实现了前所未有的突破。例如，碳纳米管不仅超级耐用，而且质量极轻。这种卓越性能使它在飞机、高端汽车和精密科学仪器等设备中得到了广泛应用。

纳米技术的应用使飞机运行效率显著提升。图片来源：unsplash.com

碳纳米管能显著降低这些设备的整体重量，从而大幅提高其运行效率和性能。

不仅如此，在日常生活中，纳米陶瓷刀也受到了广泛关注，其质量仅为钢的六分之一，但硬度却是钢的百倍。

纳米材料在医疗领域中同样具有巨大的潜力。这些材料不仅能助力于更有效的药物制造，还可以通过纳米级的精密输送，将治疗药物直接送达病变部位。

这一技术显著提高了药物的治疗效果，同时也大大减少了对患者的副作用。例如，研究表明，使用仿生纳米材料进行药物递送能够提高纳米结构的稳定性，减少药物的渗漏问题，从而实现更为精准和高效的肿瘤治疗。

此外，纳米技术也正在用于生产仿生医学材料 ，例如人工关节和人工器官等，为医疗领域带来了新的创新机会。

纳米材料在能源和环境保护方面也表现出色。例如，兰州大学和俄罗斯人民友谊大学的研究人员开发了一种纳米混合催化剂，该催化剂可以在没有任何强侵蚀性溶剂的情况下，快速去除水中的污染物。这种纳米材料能在短短几分钟内高效地去除水溶液中的各种染料，从而大幅提升水处理的效率，为我们的环境保护做出了积极贡献。

纳米材料如同科技界的“乐高”，在各个领域都展现出了令人瞩目的应用前景。从高性能设备到医疗研究，再到环境保护，纳米材料的应用都在为我们的生活带来深远的影响和积极的变化。

总的来说，纳米材料的应用范围正在不断扩大，为人类社会的各个领域带来了巨大的好处。 未来，随着科技的不断进步，相信纳米材料的应用前景将更加广阔，为我们的生活带来更多的可能性。

参考文献

[1] N. Hallfors, A. Shanti, et al. Multi-Compartment Lymph-Node-on-a-Chip Enables Measurement of Immune Cell Motility in Response to Drugs. Bioengineering 2021, 8(2), 19.

[2]Wei Li et al. Programmable synthesis of radially gradient-structured mesoporous carbon nanospheres with tunable core-shell architectures. Chem, 2021, 7, 1020-1032.

[3] K. R. Bouchard, G. Vunjak-Novakovic. Organs-on-a-Chip: A fast track for engineered human tissues in drug development. Cell Stem Cell 2018, 22, 310-324.

[4] Su, J., Musgrave, C.B., Song, Y. et al. Strain enhances the activity of molecular electrocatalysts via carbon nanotube supports. Nat. Catal. 2023, 6, 818–828.

[5] A. M. Levine, C. Schierl, B. S. Basel, et al. Singlet Fission in Combinatorial Diketopyrrolopyrrole–Rylene Supramolecular Films. J. Phys. Chem. C 2019, 123, 1587–1595.

[6] K. Iqbal, A. Iqbal, et al. Hybrid Metal–Organic-Framework/Inorganic nanocatalyst toward highly efficient discoloration of organic dyes in aqueous medium. Inorg. Chem. 2018, 57, 13270–13278.

策划制作

出品丨科普中国

作者丨Denovo 科普团队

监制 | 中国科普博览

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