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圖1 其中一篇，蘇州大學的老師們發(fā)表的，帶有大塊柔性PZT的超聲換能器用于骨損傷的輔助治療

近幾年可看到，圍繞著結合傳感器的相關“Smart stent”領域，存在著巨大的研究興趣，各國研究者們通過將傳感器集成到支架系統(tǒng)中，有望減少與各類血管系統(tǒng)疾病相關的并發(fā)癥風險，并具備巨大的潛力來改善介入治療的預后。

圖2 不同的智能支架總結。（a）帶有納米過濾的光流控溶血傳感器示意圖，該傳感器由用于細胞/血漿分離的納米孔陣列組成，允許血紅蛋白等小分子通過，同時阻擋紅細胞、血小板和其他大成分的血細胞；（b）高度敏感的3D納米等離子體傳感器，具有高折射率靈敏度的微柱，可從細胞體中分離和檢測絲狀偽足，微柱頂部攜帶有膜的細胞體，而絲狀偽足結構可通過納米等離子體傳感器通過間隙延伸到檢測區(qū)域；（c）智能支架其中的支架主體作為天線，用于從集成傳感器傳輸信號；（d）微焊接壓力傳感器，至316L SS支架的逐步過程

從上圖1我們也可看出，只有你想不到，沒有他們做不出，就像本次的封面圖一樣，Georgia Tech的研究者們采用通過電容變化來測量血流的納米傳感器，與血流導向裝置集成，以監(jiān)測顱內血流動力學的變化。還有一個例子是下圖2，2009年的報道中，Purdue University的研究者們即開發(fā)了使用支架作為天線，來支持經皮無線遙測，以便從肺循環(huán)中監(jiān)測壓力的支架系統(tǒng)。

圖3 （a）Zilver 635血管自膨式支架（Cook Medical）；（b）與MEMS（Micro-electromechanical systems）電容式傳感器集成的支架系統(tǒng)原型，具有發(fā)射器、無線供電和傳感器接口電路的專用集成電路（Application-spcific integrated circuit，ASIC）

圖4 Georgia Institute of Technology and Virginia Commonwealth University的研究者們開發(fā)的，與血流導向裝置集成的納米流量傳感器，2018年已完成豬主動脈的體外測試

而隨著材料學的更進一步，生物可吸收材料為更新一代的可生物降解傳感器提供了啟發(fā)，譬如注入納米粒子系統(tǒng)的生物可吸收鎂合金支架。

圖5 （a）具有溫度/流量傳感器、內存模塊和納米治療劑（例如二氧化鈰納米顆粒和具有介孔二氧化硅納米顆粒的金納米棒）的生物可吸收鎂合金支架；（b）和（c）嵌入SU-8聚合物無線微壓力傳感器（這個是具有電光特性的生物電子材料）的，3D打印聚己內酯聚合物支架，以及連接到外部天線以檢測傳感器諧振頻率的支架系統(tǒng)；（d）和（e）嵌入在3D打印的聚己內酯內的，可生物降解聚（D-丙交酯）壓力傳感器；（f）與L-C共振壓力傳感器集成的鈷鉻基裸金屬支架（這張圖大家應該很熟悉了，筆者也斷斷續(xù)續(xù)看過好幾次）

這里，草草地看了這么多設計，相信大家腦海里會誕生一個非常樸素的疑問，為什么我們還沒在臨床/試驗中看到這些支架？有個笑話可部分解答這一疑問，當你查到所有這些文獻都來自Science、Nature或者IEEE Transcations等雜志時，作者是大學某某實驗室或者研究院的，一般意味著這一技術/設計離實用還有一段路；相反，如果能搜索到的文獻大量集中在臨床雜志或者病例報道，那意味著這一技術/設計已經非常成熟了，剩余的改進空間很?。╟opy起來就更方便了~）。

一方面，具有生物相容性的傳感器材料，在介入過程中通過曲折的脈管系統(tǒng)時必須完全安全密封，為了達成這一點，整個傳感器系統(tǒng)應該是可拉伸和靈活的，不能妨礙正常的血流，更不能嚴重地影響介入器械的輸送性能。其次，信息的有效傳輸永遠是一個問題，在不顯著增加支架系統(tǒng)厚度和面積的情況下，傳輸得到的準確信息必須能夠指導和預測患者的預后。（達成這兩點就非常困難了，當然還有其他的）

圖6 智能支架的相關材料和技術

今天的最后，我們可再看回Georgia Tech研究者們，在Science Advances上5月的最新發(fā)表中，研究員Woon-Hong Yeo及團隊報道了其開發(fā)的，可在所有血管內植入的印刷納米膜軟電子監(jiān)測系統(tǒng)（這篇也是公開的，感興趣的筒子們可點擊下方的“原文鏈接”），此無線且可磁場能量傳輸的支架系統(tǒng)，無需電池或電路即可實現血流動力學的無線實時監(jiān)測。目前已完成了動物模型的測試；另，Yeo最近得到了National Science Foundation 3年400,000美金的資助，以專注于他的印刷納米膜傳感器和生物電子學研究。

圖8 完全可植入的無線血管電子系統(tǒng)概述。（A）可植入電子元件的圖示；（B）使用導電金環(huán)和非導電聚酰亞胺（PI）連接器的感應支架設計，以實現類似螺線管的電流路徑（左）和支架的掃描電鏡SEM圖像（右）；（C）使用印刷介電層的軟壓力傳感器層（左）和食指展示流量和壓力傳感器的照片（右）；AgNP，銀納米粒子；PDMS，聚二甲基硅氧烷；（D）無線血管支架的介入下釋放和球囊擴張示意圖；（E）傳感器集成支架系統(tǒng)的初始和擴展狀態(tài)；（F）植入活兔右髂動脈的無線支架系統(tǒng)（兔兔是個血管好模型）；（G）同時監(jiān)測壓力、心率和血流量的無線設計和傳輸方案示意圖

引用文獻：

1.  Robert Herbert, Hyo-Ryoung Lim, Bruno Rigo, Woon-Hong Yeo. Fully implantation wireless batteryless vascular electronics with printed soft sensors for multiplex sensing of hemodynamics. Sci Adv.2022 May 13; 8(19).

2.  Jithin Vishnu, Geetha Manivasagam. Perspectives on smart stents with sensors: from conventional permanent to novel bioabsorbable smart stent technologies. Med Devices Sens. 2020;3:e10116.

3.  Xing Chen, Babak Assadsangabi, York Hsiang, Kenichi Takahata. Enabling angioplasty-ready “smart” stent to detect in-stent restenosis and occlusion. Adv Sci (Weinh). 2018 May; 5(5): 1700560.