Science Advances|用于胃部pH监测和早期胃漏检测的生物可吸收无线无源柔性传感器（健康监测/柔性传感/柔性电子）

2024年4月19日，美国西北大学 John A. Rogers和中国科学技术大学吕頔(Di Lu)团队，在《Science Advances》上发布了一篇题为“Bioresorbable, wireless, passive sensors for continuous pH measurements and early detection of gastric leakage”的论文。论文内容如下：

一、 摘要

        在靠近目标内脏器官的位置上持续监测生物标志物可以提供更准确和高效的有关术后状态的可行性信息。例如，胃手术后腹腔内pH值的变化，可以作为潜在危及生命的渗漏事件的直接指标。在这里，作者提出了一种生物可吸收、无线、无源传感器，以满足这一临床需求，旨在局部监测pH值以早期发现胃渗漏。pH响应性水凝胶作为转换器，与机械优化的电感器-电容器电路耦合，用于无线读取。该平台能够在临床相关时间段(长达7天)内以快速响应时间(在1小时内)实时监测PH值，并及时检测动物模型中的模拟胃渗漏。

二、背景介绍

        吻合口瘘是与胃手术相关的严重并发症，渗漏后会引起败血症、多器官系统功能衰竭和其他不良反应，相关并发症和死亡率分别增加三倍和四倍。及时准确的诊断对这些患者的有效护理至关重要，但渗漏通常在出现明显症状之后才被发现，如严重炎症、腹痛或持续性心律失常。因此，需要一种能够在术后早期检测胃渗漏的微创系统，以避免出现临床后遗症。与其他腹部液体相比胃渗漏物的酸度较高，这是由于胃液中氢离子浓度较高，因此植入式无线pH传感器可能是及时检测的最有效方法。

        传统的pH测量手段并不适用于胃瘘的检测，因为它们涉及的组件既不生物相容，也不适合作为临时植入物。最近报道的几类生物可吸收电子传感器系统在这方面具有巨大潜力。这种设备可以在手术中植入，作为一种临时但能够实现体内目标位置无线、持续的pH检测的技术。然后，自然的解体、溶解和生物吸收过程会在这些设备不再需要时将其清除，最终通过正常的代谢机制自行转化为良性产物，而无需进行拆除手术。

        尽管压力、温度和流速等生物物理参数的生物可吸收电子传感器得到了广泛应用，但具有响应生化变化能力的传感器相对较少研究。因此，能够将生化标志物转换为物理变化的材料是需要考虑的重要因素。近年来，响应性水凝胶的最新进展在即时检测和医学诊断方面具有潜力，这归功于它们优异的机械顺应性、生物相容性、生物降解性以及对物理（温度、光线和压力）、化学（pH值、葡萄糖和离子强度）和/或生物（抗原/抗体和酶）刺激的选择性响应。构成这些水凝胶的聚合物构象的变化能够有效地将这些刺激转化为尺寸、光学特性或电学性质的变化，而各种物理传感器可以对这些变化进行定量捕捉。然而，对于可植入的生物传感目的，如实时监测潜在的胃漏，将pH响应性可降解水凝胶与无线、生物可吸收电子系统相结合，用于数据通信，将成为一种有前景的工程方法。

三、内容详解

欲了解详细制备过程，请阅读原文。

3.1 器件设计、工作原理和预期医疗用途

        图1A描述了这种生物可吸收的电感-电容(inductor-capacitor, LC)电路作为可植入的、无线的pH传感器在医学上的应用。在这种情况下，该装置能够在腹腔镜袖状胃切除术（LSG）后的危险期内监测胃液潜在渗漏的情况。将无线读取线圈放置在腹部可以无线检测传感器电路的共振频率（fs），该频率取决于周围生物流体的酸度。在外部可观察到临床特征或症状之前，任何渗漏的胃液（pH约为1至3）都会渗入传感器的水凝胶中，导致肿胀并伴随着fs的快速（<1小时）变化，可以作为提示从而进