防走失，電梯直達
安全島報人劉亞東A來源：科學網
作者：李思輝
一粒神奇的“芝麻”，內藏乾坤。將它注射到體內，它就能把精確的生理引數“告訴”醫生。這粒神奇的“芝麻”就是華中科技大學（以下簡稱華科大）臧劍鋒教授團隊研製的可注射超凝膠超聲感測器。
臧劍鋒。張金光攝
有了它，臨床上，顱內測壓就有望不用插線、不用開刀，探頭無需取出，體內降解。6月5日，Nature以《面向顱內生理監測的可注射超聲感測器》為題，刊發了這項創新性醫工交叉研究成果。
《中國科學報》從研究團隊獲悉，論文在Nature發表當天，他們就收到來自美國舊金山等多地投資人的郵件、資訊，希望合作轉化這項創造性成果。不過，研究團隊還是希望這項技術能夠在國內轉化，惠及更多中國患者。
和溫度、血壓等指標一樣，顱內壓也是臨床中的一項常用生理引數。比如，在患者腦組織損傷、積液、水腫、腦出血等情況下，醫生需要監測顱內壓資料變化，做出診療判斷。尤其是，在很多醫院，患者做完顱內腫瘤切除等手術後，醫院需要進行大約兩週的觀察——透過對顱內壓的連續觀測，判斷患者的傷口癒合情況或其他問題。
目前，國內外臨床獲取顱內壓力、溫度等資料的主要途徑是將有線且不可降解的電子探針，經手術方式植入體內，“相當於用一根天線插入大腦，另一端連線在一臺裝置上進行監測”。這種方法不可避免地給患者帶來植入、取出顱內電子探針的多次手術傷害，並且存在感染等併發症風險。從操作上，這樣的裝置可穿戴性比較差，患者舒適度不好，以致依從性差。
目前，美國等國家的科學家也在進行無線植入式電子監測裝置的研發，但他們基本上都是利用NFC（近場通訊）技術，在顱內植入一個線圈作為探頭。這樣做會出現一些問題：作為探頭的線圈尺寸往往比較大，線圈上的晶片、金屬等元件不可降解，需要進行二次手術取出。從訊號傳輸上看，近場通訊技術對距離有嚴格要求，就像刷信用卡一樣，需要貼近了才能進行訊號傳輸，間隔遠了就會出現無訊號等問題。綜合上述原因，目前全世界範圍內，臨床上還是採用經顱有線的手段進行顱內壓監測。
針對這一臨床監測難題，臧劍鋒團隊進行了技術上的創新。他們研發出一種體積只有一粒“芝麻”大小的“可注射式生物感測器”。這種感測器體積微小，可以被安全注射進人體內部。透過外部超聲探頭就可以無線監測顱內壓力、溫度、pH值等生理引數變化。並且，這粒“芝麻”非常柔軟，可以自動降解、不需要二次手術，對腦組織沒有損傷。
臧劍鋒介紹，這種感測器的核心在於其獨特的內部結構設計。研究人員在可降解水凝膠基質內部，人工構築了呈週期性排列的空氣孔道結構。當外部環境發生變化時，凝膠內部會產生微小形變，從而引起反射聲波頻率發生可測量的偏移。透過精確檢測這種頻率變化，就能即時監測顱內壓力、溫度、pH值以及血流流速等多種生理引數。
“值得一提的是，這種全新感測器所採用的材料，都是生物可降解聚合物材料，半個月或一個月後就會在體內自行降解，無需再次開刀取出。”論文共同通訊作者、華科大同濟醫學院附屬協和醫院姜曉兵教授表示。
收穫Nature“三件套”
臧劍鋒2014年從美國杜克大學博士後出站、回國。當年進入華科大任教，專注於醫工交叉的基於智慧軟材料的創新醫療器械研究。其研究方向包括柔性電子、植入式器件與磁醫用機器人。近年來，他帶領團隊取得了一系列創新性科研成果。
此次製作顱內壓監測感測器的超凝膠，就是臧劍鋒視若珍寶的一種軟材料。臧劍鋒告訴《中國科學報》，水凝膠非常柔軟，與人體組織非常接近，具有可降解性，進入體內後不會讓患者產生不適感，並且能夠即時傳輸訊號，是不可多得的寶貝。
他們的研究顛覆了傳統的技術，具備很高的可應用價值，因此備受關注。研究團隊於去年10月10日投稿，不久就收到積極反饋。三位審稿人對這項成果都大加讚賞，表示這個方法“非常有創新性、非常好，有很大的影響力”。經過兩輪修改後，論文2024年3月19日被接收，6月初正式發表，共刊發7頁。
《中國科學報》注意到，除了7頁論文正文外，Nature還專門為這項研究配發了一篇該雜誌記者撰寫的新聞報道，以及一篇審稿專家撰寫的“新聞與觀點文章”。眾所周知，Nature注重基礎研究，醫療器械成果登上Nature並不多見，以“三件套”組合形式介紹一項來自中國的醫療器械研究成果，則更為少見。
“我們當然希望儘早實現技術轉化，應用到臨床上。”臧劍鋒在接受《中國科學報》專訪時表示，該技術已經在大鼠和生豬顱內進行實驗，效果良好。尤其是在大型動物實驗中，這種微型可注射式感測器展現出了媲美商業化有線監測裝置的卓越效能。
“更加令人振奮的是，它甚至能夠監測豬微小的生理波動，如呼吸運動引起的細微顱壓變化，而同期植入的有線壓力感測器則無法分辨出這種精細變化。”他介紹，這種無線監測手段與有線監測相比，在能耗、無熱效應等方面表現出極大優勢，有望為臨床智慧診療帶來全新的技術正規化。
事實上，此項裝置研究過程中，研究團隊就把目光聚焦於臨床應用。研究人員與華科大同濟醫學院附屬協和醫院神經外科醫療團隊進行了多輪深入交流，聽取他們的意見。該醫院姜曉兵教授還與相關課題組人員合作，深度參與了這項研究。
“儘管技術已經成熟，但離應用還有一段距離。”臧劍鋒介紹，目前該技術還沒有進行人體試驗——這需要經過嚴格的技術和倫理審批。此外，一項創新技術要實現產業化，需要一個從實驗室到應用環境的技術轉化過程，這期間需要較大的裝置研發投入，預計需要1億元人民幣。
對於一些海外投資人伸出的橄欖枝，臧劍鋒持審慎態度。他告訴《中國科學報》：“這項技術應用前景廣闊、市場巨大。我們還是希望得到有關部門的支援，與合適的企業對接合作，在國內轉化。”
當被問及醫療裝置類研究有無可能被國際同行模仿時，臧劍鋒坦言：“絕大多數應用型技術都可能被模仿，只不過需要一些時間罷了。”
“既然如此，你還在頂刊發論文，不擔心論文發表後被模仿了嗎？”
面對記者的追問，臧劍鋒直言不諱：“如果不是發了Nature，這項研究誰會注意到呢？有了很高的關注，有了轉化的機會，先進技術才可能應用到現實。當然，我們也會加強專利保護。”
相關論文連結：
https://www.nature.com/articles/s41586-024-07334-y