Nature子刊：加州大学推出低成本3D打印人工智能磁笔，可用于诊断早期帕金森病

zhiyongz 4分钟前阅读数 #技术

2025年6月4日，加州大学洛杉矶分校(UCLA)的研究人员发明了一支 3D 打印笔，可以检测笔迹中的细微震颤，为诊断帕金森病提供了潜在的工具。整体装置由陈俊教授领导开发，依靠磁性粒子和电信号记录与神经退行性疾病相关的细微运动。陈教授解释说，这支笔通过测量书写时产生的电信号来量化书写过程中的震颤。研究团队的成果以题为“Neural network-assistedpersonalized handwriting analysis for Parkinson’s disease diagnostics”的论文发表在《自然化学工程》杂志上。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s44286-025-00219-5

研究表明，这种低成本的笔式系统可能是一种实用的诊断选择，尤其是在缺乏先进医疗检测的地区。陈教授表示，3D 打印笔系统非常经济高效，低收入国家也能完全使用，他预计这套系统最终将与智能手机应用程序连接，以简化分析。

△磁致弹性诊断笔的设计和工作原理。图片来自加州大学洛杉矶分校。

重新思考全球疾病的诊断

帕金森病影响着全球超过1000万人，其症状包括震颤、肌肉僵硬和动作迟缓，这些症状通常出现得比较慢。加州大学洛杉矶分校的研究团队表示，早期发现是获得更好治疗和支持的关键，但诊断通常依赖于主观评估或昂贵的生物标志物检测，而这些检测需要先进的设备和训练有素的专业人员。

为了应对这些挑战，加州大学洛杉矶分校的研究团队设计了一款3D打印笔，特点是柔软的硅胶笔尖内嵌磁性颗粒，并搭配了一种含有细小颗粒的墨水，这些颗粒在笔尖移动时会对磁场做出反应。当人们书写或绘画时，笔尖的磁性会发生变化，从而在笔内的线圈中产生电压。

这些电压变化会产生电信号，追踪书写时手部的运动。在研究中，参与者在表面和空中绘制波浪线、螺旋线等形状，或书写字母，同时笔会记录下精确的运动模式。

随后，研究团队使用机器学习模型分析记录的信号，并识别可能指向帕金森病的模式。在一项有16名参与者（其中3名患有帕金森病）参与的小型试点研究中，其中一个模型在识别健康参与者和帕金森病患者方面的平均准确率超过96.22%。

虽然这些初步结果看起来很有希望，但一些专家认为需要更多的数据来证实智能磁笔作为诊断工具的潜力。

牛津大学临床神经科学副教授克里斯塔利娜·安东尼亚德斯博士指出，虽然笔迹变化可能是帕金森病的征兆，但也必须考虑其他症状。她表示，这支笔可以作为一种额外的诊断工具，而非一个完整的解决方案。

此外，英国帕金森协会研究传播经理贝基·琼斯表示，这种笔式方法令人鼓舞，但她指出这项研究的规模较小。她指出，目前还没有针对帕金森病的单一检测方法，而笔迹变化可以作为早期线索。琼斯呼吁开展更大规模、更多样化的研究，以更好地了解这种方法如何帮助更早、更准确地诊断。

△神经网络辅助个性化笔迹分析用于帕金森病诊断，并进行了人体试验研究。图片来自加州大学洛杉矶分校。

帕金森病治疗中的3D打印研究

除了加州大学洛杉矶分校的研究之外，3D 打印技术还被应用于帕金森病的其他研究中，研究其如何增强治疗和药物输送。2020年，英国工程公司雷尼绍与制药专家Herantis Pharma完成了1-2期临床试验，以研究一种治疗帕金森病的新型药物输送装置。装置采用3D打印钛金属端口和植入式导管，旨在将脑多巴胺神经营养因子（CDNF）直接输送至大脑。当时，共有17名患者参与，他们接受安慰剂或每月一次的CDNF治疗，持续六个月。初步结果表明，该装置安全精准，为治疗提供了一种颇具前景的方案。

几年前，诺丁汉大学的科学家和葛兰素史克（GSK）证明，喷墨3D打印与紫外线固化相结合可以生产固体口服剂型药物。在他们的研究中，他们使用改进的Dimatix Materials 打印机 DMP-2850制作了 25 片盐酸罗匹尼罗（一种用于治疗不安腿综合征 (RLS) 和帕金森病的药物）片剂。这种方法可以精确、低成本地生产具有控释特性的片剂。研究团队表示，这种方法可以为个性化医疗和小规模临床试验打开大门，并且可以更轻松地调整片剂形状和药物输送特性。