Nature|用于无线监测颅内信号的植入式柔性超声波传感器（柔性传感/健康监测/植入式电子/水凝胶）

华中科技大学臧剑锋（Jianfeng Zang）、华中科技大学同济医学院附属协和医院姜晓兵（Xiaobing Jiang）和新加坡南洋理工大学陈晓东（Xiaodong Chen）团队，在《Nature》上发布了一篇题为“Injectable ultrasonic sensor for wireless monitoring of intracranial signals”的论文。论文第一作者为华中科技大学博士后唐瀚川（Hanchuan Tang）、博士生杨月莹（ Yueying Yang），华中科技大学同济医学院附属协和医院博士生刘祯 （Zhen Liu）。论文内容如下：

一、 摘要

        直接和精确的颅内生理监测对于描述损伤、预测和预防疾病具有极其重要的意义。使用经皮导线的有线临床仪器虽然精确，但容易感染，患者活动受限，并且在拆除过程中可能出现手术并发症。无线植入式设备提供了更大的操作自由度，但也存在诸如检测范围有限、降解速度慢以及难以在人体内缩小尺寸等问题。在此，作者提出了一种可注射的、可生物吸收的无线元结构水凝胶（metagel）传感器，用于超声监测颅内信号。Metagel传感器的尺寸为2×2×2 mm³，包括可生物降解和刺激响应型水凝胶，以及具有特定声反射光谱的周期性排列的气柱。通过穿刺针植入颅内间隙，Metagel会随着生理环境的变化而变形，导致反射的超声波的峰值频率漂移，可以通过外部超声波探头无线测量。该Metagel传感器可以独立检测颅内压、温度、pH和流速，实现10 cm的探测深度，并在18 周内几乎完全降解。在大鼠和猪身上进行的动物实验表明，多参数传感性能与传统的有线临床基准相当。

二、背景介绍

        与传统的临床仪器相比，无线植入式传感器为颅内监测提供了一种很有前景的解决方案。目前的无线植入式传感器主要使用近场通信、感应耦合或超声波通信，用于监测人体内的参数，包括压力、流速、温度和pH。然而，目前无线植入式传感器也面临很多挑战，包括植入物尺寸、通信范围和稳定性、生物相容性和生物可吸收性，以及多模态感知和解耦。

        合适的植入尺寸（例如，横截面积小于约4平方毫米）可以让颅内设备通过微创穿刺针注入到大脑中。植入物的完全生物降解性消除了对额外