一、研究背景

腹主動(dòng)脈瘤的主流治療方式為血管內(nèi)動(dòng)脈瘤修復(fù)術(shù)（EVAR），該術(shù)式通過植入支架移植物引導(dǎo)血流繞過薄弱主動(dòng)脈壁，具有微創(chuàng)、恢復(fù)快、術(shù)后并發(fā)癥少的優(yōu)勢(shì)。但EVAR術(shù)后存在致命隱患——內(nèi)漏（血液滲漏至支架與血管壁間隙），其中I型內(nèi)漏（支架近端/遠(yuǎn)端密封不全）破裂風(fēng)險(xiǎn)最高，發(fā)生率約3%，未及時(shí)干預(yù)者中位11個(gè)月內(nèi)可能發(fā)生動(dòng)脈瘤破裂，住院死亡率達(dá)27.3%。

當(dāng)前臨床依賴影像學(xué)監(jiān)測(cè)（CT血管造影、MRI），存在顯著局限：CT需電離輻射與腎毒性造影劑，MRI可及性低、成本高且對(duì)微小慢流內(nèi)漏分辨率不足；且監(jiān)測(cè)間隔長(zhǎng)達(dá)6周至3個(gè)月，易導(dǎo)致內(nèi)漏“靜默進(jìn)展”。此外，現(xiàn)有技術(shù)無法實(shí)時(shí)定位漏點(diǎn)或評(píng)估漏速，亟需一種可植入、實(shí)時(shí)、無創(chuàng)的監(jiān)測(cè)方案。

 二、研究亮點(diǎn)

1. 傳感器總厚度僅5μm（金電極+聚酰亞胺PI封裝），采用蛇形布局，可與支架同步折疊/展開，通過導(dǎo)管植入，不影響支架機(jī)械性能與血管血流。

2. 基于共聚酰胺（Co-PA）設(shè)計(jì)的熱黏合劑，解決了現(xiàn)有黏合劑“柔性與穩(wěn)定性不可兼得”的矛盾——110℃熱固化后既保持與支架織物匹配的柔性（彎曲強(qiáng)度僅1.5N），又具備強(qiáng)黏附力（10N），且不穿透支架壁、不影響其防水性，14天濕熱環(huán)境下無降解。

3. 采用“平面電感-外部閱讀器”的LC共振電路，無需電池供電，可穿透70mm厚生物組織（模擬腹部深度），通過共振頻率變化（血液覆蓋時(shí)從17.1MHz降至13.2MHz）實(shí)時(shí)傳輸內(nèi)漏信號(hào)，靈敏度達(dá)12.5%血液覆蓋即可檢出。

4. 不僅可定量檢測(cè)內(nèi)漏量（電容與漏血厚度/面積線性相關(guān)）、定位漏點(diǎn)（4組周向電極區(qū)分單/多漏點(diǎn)），還能同步監(jiān)測(cè)心率（生理血壓波動(dòng)下電容變化穩(wěn)定反映心跳）。

三、研究?jī)?nèi)容

 1. 核心裝置設(shè)計(jì)

（1）電容傳感器結(jié)構(gòu)

- 電極層：200nm厚金電極，采用蛇形布局?jǐn)U大感應(yīng)面積；

- 封裝層：PI材料（生物相容性優(yōu)異），上下雙層封裝，總厚度5μm；

- 工作原理：基于介電常數(shù)差異——血液（介電常數(shù)高）接觸傳感器時(shí)，電容值顯著升高（19.8pF@100kHz），遠(yuǎn)高于血管壁（13.8pF）、脂肪（1.7pF），通過電容變化識(shí)別內(nèi)漏。

（2）熱黏合劑制備

- 配方：共聚酰胺（Co-PA）溶解于四氫呋喃（THF）與PBS混合溶液（1:3重量比），旋涂成25μm厚薄膜；

-  bonding工藝：乙醇輔助初步固定，110℃熱固化5秒，實(shí)現(xiàn)傳感器與支架織物（如Gore-Tex）的牢固結(jié)合，且不穿透支架內(nèi)壁。

（3）無線傳輸系統(tǒng)

- 植入端：30mm×100mm平面電感（3匝），與傳感器構(gòu)成LC共振電路；

- 外部端：60mm×200mm銅線圈閱讀器（尺寸為植入端2倍，提升耦合效率），通過網(wǎng)絡(luò)分析儀檢測(cè)S11參數(shù)（共振頻率變化），實(shí)現(xiàn)無創(chuàng)數(shù)據(jù)讀取。

 2. 性能驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

（1）體外性能測(cè)試

- 電容響應(yīng)：100kHz頻率下，血液電容值最高（19.8pF），漏血厚度達(dá)150μm仍可線性檢測(cè)，且不受纖維蛋白鞘（納米級(jí)）干擾；

- 機(jī)械穩(wěn)定性：支架經(jīng)1000次壓縮-膨脹循環(huán)（模擬植入操作），傳感器無剝離、電容值波動(dòng)＜5%；

- 長(zhǎng)期穩(wěn)定性：37℃PBS浸泡1個(gè)月，電容值無顯著變化，血液檢測(cè)重復(fù)性良好。

（2）豬主動(dòng)脈離體實(shí)驗(yàn)

- 模型構(gòu)建：將傳感器-支架復(fù)合體植入豬主動(dòng)脈，通過空氣泵模擬生理血壓（80-120mmHg）與心率（80-90bpm）；

- 檢測(cè)結(jié)果：注射血液、白蛋白、PBS后，傳感器可清晰區(qū)分三者電容差異（血液＞白蛋白＞PBS），血壓波動(dòng)僅導(dǎo)致電容變化6.82%（遠(yuǎn)低于內(nèi)漏誘導(dǎo)變化），不影響檢測(cè)準(zhǔn)確性。

（3）生物相容性評(píng)估

- 細(xì)胞毒性：人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞（HUVEC）在PI提取物中活力達(dá)92%，黏合劑提取物中活力達(dá)75%，均符合生物醫(yī)用材料標(biāo)準(zhǔn)（＞70%），無明顯炎癥風(fēng)險(xiǎn)。

3. 關(guān)鍵問題解決

- 傳感器厚度與內(nèi)漏風(fēng)險(xiǎn)：通過數(shù)值模擬（Carreau黏度模型）與實(shí)驗(yàn)證實(shí)，5μm厚度不會(huì)產(chǎn)生額外間隙（漏速＜10?3mm/s），而1000μm厚裝置漏速達(dá)4mm/s（增加內(nèi)漏風(fēng)險(xiǎn)）；

- 無線傳輸深度：70mm深度（模擬人體腹部）下，仍可檢測(cè)到清晰的共振頻率峰（血液 vs 血管壁：6MHz vs 9MHz），滿足臨床應(yīng)用需求。

四、總結(jié)與展望

本研究開發(fā)的“無線植入式電容傳感器系統(tǒng)”，首次實(shí)現(xiàn)了EVAR術(shù)后I型內(nèi)漏的實(shí)時(shí)、無創(chuàng)、長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)：超薄柔性設(shè)計(jì)適配支架植入流程，專用熱黏合劑解決固定難題，LC無線傳輸突破深度限制，多維度監(jiān)測(cè)能力覆蓋臨床需求。實(shí)驗(yàn)證實(shí)該系統(tǒng)無額外內(nèi)漏風(fēng)險(xiǎn)、穩(wěn)定性強(qiáng)、生物相容性良好，可彌補(bǔ)傳統(tǒng)影像學(xué)監(jiān)測(cè)的“滯后性”與“有創(chuàng)性”短板，為降低EVAR術(shù)后動(dòng)脈瘤破裂風(fēng)險(xiǎn)、改善患者預(yù)后提供了新方案。

文獻(xiàn)鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ady6148

作者：Sun Young Park, Soo Hyun Kim, Unseong Baik, Seung Jae Huh, Raudel Avila, Hyeon Ho Shin, Hyoungsuk Yoo, Heungsoo Shin, Jin-Tae Kim, Young-Hyo Lim*, Yei Hwan Jung*

往期推薦

柔性電子女神鮑哲南院士，最新Nature Electronics

給機(jī)器人裝“指尖神經(jīng)”！這款摩擦發(fā)電機(jī)，讓它摸得準(zhǔn)還能防打滑

噴墨打印新突破！構(gòu)筑高性能柔性PVP@Ag?Se/MC熱電器件

溫故而知新！噴墨打印與柔性電子文獻(xiàn)總結(jié)

視頻號(hào)：##柔性電子那些事