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近日，北京理工大學(xué)集成電路與電子學(xué)院柔性電子器件與智造研究所沈國(guó)震教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際知名期刊《Science Advances》上發(fā)表題為“Bioresorbable acoustic patch for simultaneous sealing and early detection of gastric leakage”的研究論文。該研究首次將酸響應(yīng)聲學(xué)水凝膠與可穿戴柔性超聲陣列相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了術(shù)后吻合口漏的無(wú)線(xiàn)、無(wú)創(chuàng)、持續(xù)監(jiān)測(cè)與主動(dòng)封堵，為胃外科術(shù)后管理提供了全新范式。

胃癌、潰瘍或減重手術(shù)后，吻合口漏是危及患者生命的嚴(yán)重并發(fā)癥。現(xiàn)有診斷手段（如CT、內(nèi)鏡）存在輻射暴露、延遲診斷或需二次手術(shù)等問(wèn)題，且缺乏主動(dòng)干預(yù)能力。如何在術(shù)后早期、無(wú)創(chuàng)、持續(xù)地監(jiān)測(cè)泄漏并同步封堵缺損，一直是外科與生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的重大挑戰(zhàn)。

針對(duì)這一難題，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種由明膠甲基丙烯酸酯（GelMA）、海藻酸鈉（SA）和碳酸鈣納米顆粒（CaCO? NPs）組成的水凝膠（GCS）。手術(shù)時(shí)，將預(yù)凝膠溶液涂覆于吻合口，紫外光照射20秒即可原位固化，形成密封層。一旦胃酸滲漏，水凝膠中的碳酸鈣迅速與酸反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳（CO?）微泡，同時(shí)釋放的鈣離子觸發(fā)海藻酸鈉二次交聯(lián)，形成更致密的雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（GCS-A）。這一過(guò)程實(shí)現(xiàn)了兩大核心功能：封堵效果增強(qiáng)與聲學(xué)指示。二次交聯(lián)使水凝膠的楊氏模量提升約2.38倍，粘附強(qiáng)度達(dá)21.7 kPa，在離體豬胃漏模型中，24小時(shí)內(nèi)泄漏量小于0.6克，遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)材料（>8.8克）；此外，原位生成的CO?微泡具有顯著的聲阻抗差異，其非線(xiàn)性振動(dòng)可將超聲回波的二次諧波信號(hào)能量提升32倍，使泄漏部位在B超和超寬頻非線(xiàn)性（UWN）對(duì)比成像中清晰可見(jiàn)。此外，該水凝膠具有良好的生物可吸收性，胃壁植入實(shí)驗(yàn)顯示，水凝膠在4周內(nèi)基本降解，且能促進(jìn)傷口愈合（CD31和α-SMA表達(dá)顯著上調(diào)）。

為實(shí)現(xiàn)術(shù)后便捷監(jiān)測(cè)，團(tuán)隊(duì)同時(shí)研發(fā)了一款4×4可獨(dú)立尋址的可穿戴超聲陣列，厚度僅1.28毫米，可像創(chuàng)可貼一樣貼附于體表。通過(guò)比較16個(gè)通道的信號(hào)變化，系統(tǒng)能夠生成二維熱力圖，精確定位泄漏點(diǎn)（空間分辨率約4毫米），并實(shí)時(shí)追蹤泄漏范圍的擴(kuò)展。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)，在大鼠胃穿孔模型中，系統(tǒng)可于術(shù)后檢測(cè)到泄漏信號(hào)的持續(xù)增高，并連續(xù)追蹤24小時(shí)。

該研究由北京理工大學(xué)獨(dú)立完成，通訊作者為沈國(guó)震教授和劉志榮副教授，第一作者為集成電路與電子學(xué)院博士研究生胡峻豪。

論文詳情：Junhao Hu, Jiaqiang Xu, Haodong Meng, Kangdi Guan, Yutong Li, Zhirong Liu* and Guozhen Shen*. Bioresorbable acoustic patch for simultaneous sealing and early detection of gastric leakage. Science Advances, 2026, 12(16), aec6857. DOI:10.1126/sciadv.aec6857

論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aec6857