向水蛭学习如何更好地“吸血”，新型采血设备想让你不用再害怕针头……
来源：把科学带回家
作者：万物杂志
采血时看到针头就腿软的人有福了？
受水蛭的启发，瑞士的研究人员在两个月前发布了一种新的采血设备。该设备摒弃了让许多人恐惧的针头，而是采用吸盘和微针的组合，从而以尽量小的创伤获得足够多的血液。
吸血水蛭的嘴部有一个吸盘，嘴里有许多锋利的“小牙齿”，进食时通过吞咽产生负压进行吸血。苏黎世联邦理工学院开发的这款新型采血设备也是类似的工作原理——先通过吸盘吸附在人的上臂，按压后，装置内部的微针会刺穿皮肤，再通过负压就能收集血液。
说起水蛭，很多人可能都会感到害怕或觉得它们恶心，但科研界一直以来都在努力研究水蛭潜在的治疗价值，其中有些已经得到了积极的应用。
饥饿的吸血水蛭对光线、震动等周遭环境变化非常敏感。遇到目标宿主时，一些水生环境中的水蛭甚至还会“追逐”目标动物。它们的头部和尾部都各有一个吸盘，口吸盘小，尾吸盘大。跑起来的时候，水蛭的身体会像毛毛虫那样不停地“伸展-收缩”向前蠕动，前后两个吸盘交替移动，直到前面的吸盘接触到宿主并成功吸住。
图片来源：Chiswick Chap
不过别担心，人们徒步时遇到的陆地水蛭一般不会追着目标跑，它们经常是意外地附着在宿主身上。用吸盘将自己固定住后，水蛭嘴里排成Y形的三个颚就会开始工作。每个颚就像一把锯齿状的刀，上面是许多排成一排的小牙齿，它们前后移动，切开宿主的皮肤。
正常情况下，我们受伤出血后，身体会自发启动一些生理机制来停止出血：血小板会在血管受损的地方聚集，之后产生大量凝血酶，伤口处会形成血凝块来进一步止血。
不过，水蛭自有对策，它们会释放一种叫做水蛭素（hirudin）的酶，直接抑制宿主凝血酶的活性，从而防止宿主的伤口形成血块，伤口的血液可以保持流动，水蛭也就能一直吸血。它们吸血的时间在数十分钟到数小时之间不等。
有些吸血水蛭的嘴里有三个颚，上面排列着很多很小的牙齿。在野外，如果发现身上有水蛭想赶走它，可以用手指甲推掉水蛭头尾的吸盘使其掉落。
图片来源：American Museum of Natural History
水蛭在吞咽的时候会产生负压，从而将血液吸入到消化道。吃饱的水蛭可以膨胀至其之前体重的5倍，有时吸血量甚至可达其体重的10倍。“如果血液在其体内凝固，那么水蛭就会像砖头一样掉到水底。”加拿大皇家安大略博物馆昆虫学高级馆长科维斯特·柯里 (Kvist Currie) 说道。
水蛭素是一种强效抗凝剂。当水蛭吃饱脱落后，水蛭素还会在叮咬部位发挥作用，宿主的伤口还会继续出血一段时间。而水蛭吃饱离开后，它消化道内的宿主血液也可以很久都不凝固。之前有研究人员发现，有的水蛭吸一次血可以生存一年！
在英语中，“水蛭”一词还被用来形容那些一味索取而不愿给予的人。不过事实上，并不是所有水蛭都吸血，也有很多种水蛭是捕食者，它们主要以蜗牛、蛞蝓、蚯蚓等小型无脊椎动物为食。同时，在食物链中，水蛭也是鱼类、乌龟、水禽等动物的食物。
在科研界，水蛭是很多研究人员的宠儿，有些科研人员甚至会让实验室里的水蛭吸自己的血。通过研究水蛭素，科学家正在开发副作用更小的治疗血栓和预防中风的药物。另外，在进行外科手术时，水蛭也可以发挥作用，例如当人类截断的手指被重新连上时，水蛭可以通过吸血让新鲜的含氧血液重新进入断指。
为了找到并收集水蛭，有些研究人员拿自己当诱饵。等水蛭吃饱了，它们就会自动脱落，掉进研究人员准备好的袋子里。图片来源：American Museum of Natural History
现在，以水蛭为模型开发的采血设备又有望帮助人们更轻松地采血。在苏黎世联邦理工学院今年3月发布的一项研究中，新采血装置的吸盘、微针就是模仿水蛭的嘴部吸盘和小牙齿。吸盘固定在患者的手臂上，按压后，吸盘内部的微针将会刺破皮肤。之后，吸盘内压力的释放就会产生负压，从而将血液吸入，并存在一个含有抗凝剂的储存空间内。
图片来源：参考资料[1]
微针的侵入性更低，引起的疼痛感和不适感也更小，伤口更容易愈合。另外，由于微针是被固定在吸盘内部，因此和传统的采血针头相比，这减少了人们在穿刺过程中和后续处理中的受伤风险。研究人员也正在开发一种由完全可生物降解材料制作而成的新版本装置。
非医疗专业的人也可以使用这个采血设备。而且和指尖采血相比，它能够采集更多的血液，提高了诊断的准确性。另外，它能以较低的成本进行制造，且便于携带，因此很适合中低收入地区，有望帮助人们更好地对抗疟疾等疾病。
目前疟疾的诊断需要从患者的耳垂或指尖进行采血，然后检测是否有疟原虫。当一只感染了疟原虫的蚊子叮咬健康人时，蚊子会将唾液中的疟原虫注入到人体中。之后，疟原虫会进入血液循环。寄生虫首先会侵入肝脏，在肝细胞中生长繁殖；成熟后，它们会离开肝脏，感染血液中的红细胞。
人感染疟疾会出现发热、畏寒、头痛和呕吐等症状，严重时可能危及生命。通过检查血液涂片中的疟原虫，医护人员可以诊断和监测患者的疟疾感染情况。
通过血液涂片，可以观察到疟原虫进入红细胞内繁殖。
2021年6月30日，我国被世界卫生组织认证为无疟疾国家。图片来源：Lukas.S
儿童面临严重疟疾感染的风险较高。据世界卫生组织统计，在非洲地区，5岁以下的儿童约占所有疟疾死亡人数的78%。
但与此同时，针头恐惧症在人群中的比例并不低，儿童对针头的恐惧尤其明显。据估计，大约四分之一的成年人、高达三分之二的儿童都对针头有强烈的恐惧。一般而言，随着年纪的增长，人们对针头的恐惧会慢慢减弱或者消失。
如果你也害怕采血针，不妨期待一下水蛭采血装置（？）。
参考资料：
[1] Zoratto, N., Klein-Cerrejon, D., Gao, D., Inchiparambil, T., Sachs, D., Luo, Z., & Leroux, J.-C. (2024). A Bioinspired and Cost-Effective Device for Minimally Invasive Blood Sampling. Adv. Sci., n/a(n/a), 2308809. doi: 10.1002/advs.202308809
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