小型化表皮生物传感器用于术后血运状态持续监测

研究中，他和合作者通过结合柔性电子技术、以及反射式光电容积脉搏波监测技术，提出一种柔性无创的血运监测电子设备——表皮生物传感器，它不仅可以兼容非规则形貌的术后创面，还具有柔软、无创、可共形贴附、采用无线数据传输等优势，能在术后游离皮瓣、以及断指的血运监测中取得良好效果。

（来源：Science Translational Medicine）

这种基于阶梯固化式聚二甲基硅氧烷的界面设计方法，在柔性电子领域具有重要意义，可被作为柔性电子器件与人体皮肤之间界面设计的通用策略。

如前所述，由于该成果结合了柔性电子技术与反射式光电容积脉搏波技术，因此日后可被用于离断肢体再造领域，助力于术后离断肢体局部血运状态的监测。

同时，反射式光电容积脉搏波技术又能被扩展到其他医学领域，比如氧合水平等临床指标监测上。

据介绍，由机械力、酸碱腐蚀、生物性损伤等因素引起的严重软组织缺损和肢体离断，在临床上十分常见。游离皮瓣移植术和断指再植术，是针对该症状的主要治疗方法。

在术中，游离皮瓣移植术和断指再植术，均需要吻合血管以便恢复组织灌注，而血运障碍是最常见的术后并发症，常常发生在手术之后的48小时之内，严重时甚至会导致组织坏死。

因此，术后血运状态的持续监测，对于游离皮瓣移植和断指再植手术的成功至关重要。

尽管显微外科领域已经引入多种血运监测技术，比如激光多普勒、植入式超声多普勒等、组织氧合监测等，但是设备附带的硬质探头，非常容易损伤患者的术后创面。

并且，上述技术难以实现无创、连续、精准的监测，更难对以术后的创面形貌实现具有高度适应性的理想监测，因此这些技术均未能广泛用于皮瓣和断指的术后血运监测。

在临床上，目前最常使用的监测方法，仍然是由医护人员对术后创面进行评估。但是，这种评估手段比较主观，主要取决于评估者的工作经验，而且会加重医护人员的劳动负担。看到这些痛点之后，课题组开展了本次课题。

（来源：Science Translational Medicine）

 

将扩展至皮瓣的术前监测

研究中，对于反射式光电容积脉搏波技术可以实现非侵入式血运监测的背后原理，课题组首先对其加以分析。

掌握基础理论之后，他们开始着手电子系统的设计与集成，在持续迭代之后，打造出了论文中展示的电子系统。

为了满足临床需求，该团队开始寻找合适的界面设计方案。期间，受到自然梯度结构的启发，他们制备出一种阶梯固化式的聚二甲基硅氧烷，这种结构既具有自粘性，又以可稳定地集成硅基芯片。

在对上述结构进行测试之后，他们将这种阶梯固化式聚二甲基硅氧烷作为传感器件的界面，实现了电子元器件的可靠集成、以及传感器件与人体皮肤之间的稳定贴附。

（来源：Science Translational Medicine）

在大鼠实验中，他们围绕移植游离皮瓣的模型、以及再植断指的模型，开展了一系列动物活体解剖实验，在正常血运、动脉阻塞以及静脉淤血的场景中，证实表皮生物传感器可以对血运变化产生较好的灵敏性。

此后，课题组又开展大量临床实验，将传感器数据与不同类型血运状态建立联系，以便对术后游离皮瓣和断指处的血运状态，进行定量化的监测。

结果显示，这种表皮生物传感器可以准确地识别动脉阻塞和静脉淤血，并且在识别微血管的血运状况上，比目前的临床方法更准确、更快速。

最后，在和医用血运监测设备的监测效果对比之后，此次表皮生物传感器的血运监测功能得到进一步验证。

日前，相关论文以《用于非侵入式监测术后游离皮瓣与再植断指的表皮生物传感器》（On-skin biosensors for noninvasive monitoring of postoperative free flaps and replanted digits）为题发在Science Translational Medicine期刊上。

吴豪为第一作者和通讯作者，武汉协和医院刘玉田医生与复旦大学李卓研究员为主要共同作者。

另据悉，在临床上皮瓣的类型是多种多样的，不同类型皮瓣之间的血供来源、表面形貌、厚度、以及血管吻合类型均不相同。

因此，他们计划针对临床上不同类型的皮瓣进行术后监测，并进一步探索所得信号与皮瓣血运状态之间的内在联系。

同时，课题组计划将现有成果扩展至皮瓣的术前监测，以便指导不同类型皮瓣的术前设计。目前，已经取得了一些初步结果。

吴豪表示：“我们开展的研究强调立足实际需求、主张应用驱动。除本次论文之外，我们在医工交叉领域还有大量研究正在推进：例如与医院神经外科合作开发开颅手术监测技术、与重症监护科合作研究危重症患者的生理状态监测技术、以及与康复科合作研究神经电生理诊断及治疗技术等。”

（来源：Science Translational Medicine）
 

 

审核编辑：刘清