技術文章
Technical articles
更新時間：2025-09-08
點擊次數：223
當患者接受小腸切除手術后，醫生最擔憂的便是腸道動力障礙等并發癥。傳統監測手段如CT、MRI雖成像清晰，但成本高昂且無法頻繁使用；而普通超聲又因腸道組織反射微弱難以捕捉有效信號。如何實現安全、長期的術后監測？華中科技大學集成電路學院臧劍鋒、唐瀚川團隊的最新突破給出了答案。
研究成果以“Biodegradable ultrasound contrast tape for tracing intestinal motility"為題發表在《Nature Communications》上，成功研制可生物降解超聲造影膠帶（BioUCT），第一作者為華中科技大學博士畢業生田野、楊月瑩、華中科技大學同濟醫學院附屬同濟醫院博士后王佳鑫，通訊作者為臧劍鋒教授、唐瀚川副教授。
這款柔軟僅1毫米厚的 “智能膠帶"采用摩方精密面投影微立體光刻(PμSL)3D打印技術（nanoArch® S140，精度：10μm）加工模具后，經水凝膠翻模制備而成。它能像創可貼一樣牢固貼合在腸道表面，通過內部設計的周期性微氣囊結構，將超聲波反射率提升至90%以上，使腸道在超聲圖像中亮度顯著提高40dB（相當于回波信號幅度提升約1萬倍）。
圖1. 用于超聲對比成像的BioUCT設計。
①革命性成像性能：從“看不見"到“高清追蹤"
強聲學反射（圖2a-b）
通過周期性微氣囊設計，BioUCT在體外測試的2MHz超聲下實現57dB頻譜信號增幅（較普通水凝膠），在實際動物實驗中將B超圖像亮度提升30dB，使腸道輪廓清晰顯現（圖2b）。時/頻域分析顯示其回聲強度遠超軟組織（圖2a），解決了腸道超聲的信噪比受腸道“弱反射"限制的核心痛點。
抗形變穩定性（圖2f-g）
在50%拉伸及90°彎曲狀態下（模擬腸道蠕動），B超/M超成像亮度波動<5%（圖2f），相位監測波形穩定（圖2g），確保動態監測可靠性。
大角度成像能力（圖2c-e）
探頭在深度（5-25cm）、角度（±30°）、水平位移（±20mm）變化時，圖像亮度標準差<1.5dB（*n*=3），適配臨床操作誤差。
圖2. BioUCT的超聲對比成像性能。
② 智能生物適配：像“第二層生物表皮"一樣工作
強力粘附與抗脫落（圖3a-b）
離體豬腸實驗證實，BioUCT與腸壁界面韌性達200 J/m2（相當于外科縫合強度），48小時內粘附穩定性>95%（圖3b）。拉力測試中可承受10N以上牽拉（圖3a），遠超腸道蠕動產生的生理應力（通常<2N）。
精準降解調控（圖3e-g）
通過調節PVA/CMC水凝膠結晶度，實現10%-90%的可控降解速率（120天內），且降解過程中楊氏模量保持15-35kPa（圖3g），始終匹配軟組織力學特性，避免器官損傷。
圖3. BioUCT的離體展示。
③ 離體驗證臨床價值：動態追蹤不再是難題
顯著提升診斷靈敏度（圖3c-d）
貼附BioUCT的離體豬腸在B超圖像中亮度提升33dB（圖3c），相當于將傳統超聲的“模糊陰影"變為“高清影像"。M超動態成像成功捕捉模擬腸蠕動軌跡（圖3d），為量化腸道運動提供新工具。
跨器官普適性（補充圖18）
在豬心、胃等器官同樣實現>30dB亮度提升，證實技術可擴展性。
圖4. BioUCT的生物相容性。
在對豬腸道蠕動幅度監測的驗證實驗中，操作人員通過臨床通用的超聲成像設備成功追蹤到服藥前后腸蠕動幅度的變化（3.13mm→7.59mm）。該技術未來可結合可穿戴超聲設備，實現患者居家監測，特別適用于：
小腸切除術后并發癥預警慢性腸梗阻患者長期管理胃腸動力藥效評估
圖5. 通過BioUCT進行活體動物腸道運動監測。
文章提出的BioUCT解決了植入式器件“軟硬不可兼得"的難題——既要足夠柔軟以貼合器官，又要高效反射超聲波。本文的全水凝膠設計實現了兩者平衡。該技術平臺還可拓展至胃部、膀胱等器官監測，并與智能水凝膠結合，未來有望實現對體內pH值、炎癥因子等指標的超聲可視化監控。
當前位置：
