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  受到可穿戴柔性電路的啟發(fā)，近期提出的電子粘膜展示出巨大的潛力（Nature Reviews Materials,2022，7(11), 908-925），同時(shí)消化道提供了一種無(wú)創(chuàng)的體內(nèi)遞送方式（Nature Reviews Materials, 2019, 4(2), 83-98）。然而，由于濕滑、動(dòng)態(tài)、狹窄的復(fù)雜體內(nèi)環(huán)境，在狹窄腔道內(nèi)原位持續(xù)的診斷與治療十分具有挑戰(zhàn)。

圖 1：無(wú)線供能的柔性電子支架系統(tǒng)概述。

圖 2：柔性電子支架的電力學(xué)特性。

  如圖2A所示，課題組提出了一種基于閉合面積的理論模型，為電子支架的無(wú)線供能提供理論指導(dǎo)。該模型可以拓展至傾斜和壓縮的場(chǎng)景，圖2B，C的實(shí)驗(yàn)結(jié)果很好地吻合了理論值，展現(xiàn)了該設(shè)計(jì)策略的普適性。如圖2D, E, F所示，課題組在豬體內(nèi)和體外測(cè)試了柔性線圈的性能。盡管由于食道的壓縮使得柔性線圈性能下降，柔性線圈仍然能夠接收足夠的能量用于驅(qū)動(dòng)后續(xù)電路。

圖 3：CT下的經(jīng)口無(wú)創(chuàng)遞送。

圖 4：活豬體內(nèi)無(wú)線電刺激的有效性與安全性驗(yàn)證。a 無(wú)線電刺激實(shí)驗(yàn)設(shè)置與原理。b 電刺激前中后四頭豬的賁門(mén)壓力變化。c 電刺激過(guò)程中以及停止后賁門(mén)平均壓力增量。d電刺激前中后四頭豬的賁門(mén)壓力平均值。e，f 液態(tài)金屬以及微針與人食道上皮細(xì)胞的生物相性g 無(wú)線供能過(guò)程中豬表皮的溫度變化。

  活豬體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，二十分鐘連續(xù)電刺激可以使得賁門(mén)壓力顯著增加，并在停止刺激后保持一段時(shí)間，隨后逐漸衰減至基準(zhǔn)壓力。該結(jié)果表明，定期連續(xù)電刺激將會(huì)是一種治療胃酸反流的有效手段。

  最后課題組提出了一種可穿戴無(wú)線供能線圈的設(shè)計(jì)思路，以適應(yīng)不同體型的病人，并設(shè)計(jì)了便攜的控制盒，滿(mǎn)足了穩(wěn)定供能的需求而不影響日常活動(dòng)。以下視頻用透明人體模型展示了可穿戴無(wú)線供能線圈的可行性。

  總結(jié)而言，本工作提出了一種柔性電子支架，用于食道賁門(mén)的無(wú)線電刺激。通過(guò)口腔遞送的方式，為今后消化道內(nèi)的無(wú)創(chuàng)診斷與治療提供了新的思路。

  這項(xiàng)研究得到香港研究資助局（RGC）、香港創(chuàng)新科技署（ITC）、裘槎基金會(huì)（CFG）中大-中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院機(jī)器人與智能系統(tǒng)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室、創(chuàng)新香港研發(fā)平臺(tái)（InnoHK）的醫(yī)療機(jī)器人創(chuàng)新技術(shù)中心（MRC）的支持。該工作得到香港中文大學(xué)趙偉仁教授，以及中北大學(xué)高晉陽(yáng)教授大力合作和幫助。

  原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ade8622

  近五年來(lái)，張立教授課題組報(bào)道了一系列微納機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)了狹窄腔道內(nèi)的的無(wú)創(chuàng)遞送以及生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，并在著名期刊上發(fā)表了多篇學(xué)術(shù)論文。

部分研究成果如下：

[1] Adv. Mater., 2022, 34(34), 2201888：磁驅(qū)動(dòng)微米機(jī)器人集群用于去除膽管支架內(nèi)細(xì)菌生物膜；https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202201888

[2] Sci. Adv., 2022, 8(40): eabq8573：港中大開(kāi)發(fā)“磁控螺旋微機(jī)器人”治療中耳炎患者中耳導(dǎo)管菌膜感染；https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq8573

[3] Sci. Rob, 6(52), eabd2813：微型機(jī)器人和傳統(tǒng)機(jī)器人結(jié)合實(shí)現(xiàn)體內(nèi)狹小腔道的快速高精度遞送；https://www.science.org/doi/full/10.1126/scirobotics.abd2813

香港中文大學(xué)張立教授團(tuán)隊(duì)主頁(yè)：http://www.cuhklizhanggroup.com/