圖1 其中一篇，蘇州大學的老師們發表的，帶有大塊柔性PZT的超聲換能器用于骨損傷的輔助治療

近幾年可看到，圍繞著結合傳感器的相關“Smart stent”領域，存在著巨大的研究興趣，各國研究者們通過將傳感器集成到支架系統中，有望減少與各類血管系統疾病相關的并發癥風險，并具備巨大的潛力來改善介入治療的預后。

圖2 不同的智能支架總結。（a）帶有納米過濾的光流控溶血傳感器示意圖，該傳感器由用于細胞/血漿分離的納米孔陣列組成，允許血紅蛋白等小分子通過，同時阻擋紅細胞、血小板和其他大成分的血細胞；（b）高度敏感的3D納米等離子體傳感器，具有高折射率靈敏度的微柱，可從細胞體中分離和檢測絲狀偽足，微柱頂部攜帶有膜的細胞體，而絲狀偽足結構可通過納米等離子體傳感器通過間隙延伸到檢測區域；（c）智能支架其中的支架主體作為天線，用于從集成傳感器傳輸信號；（d）微焊接壓力傳感器，至316L SS支架的逐步過程

從上圖1我們也可看出，只有你想不到，沒有他們做不出，就像本次的封面圖一樣，Georgia Tech的研究者們采用通過電容變化來測量血流的納米傳感器，與血流導向裝置集成，以監測顱內血流動力學的變化。還有一個例子是下圖2，2009年的報道中，Purdue University的研究者們即開發了使用支架作為天線，來支持經皮無線遙測，以便從肺循環中監測壓力的支架系統。

圖3 （a）Zilver 635血管自膨式支架（Cook Medical）；（b）與MEMS（Micro-electromechanical systems）電容式傳感器集成的支架系統原型，具有發射器、無線供電和傳感器接口電路的專用集成電路（Application-spcific integrated circuit，ASIC）

圖4 Georgia Institute of Technology and Virginia Commonwealth University的研究者們開發的，與血流導向裝置集成的納米流量傳感器，2018年已完成豬主動脈的體外測試

而隨著材料學的更進一步，生物可吸收材料為更新一代的可生物降解傳感器提供了啟發，譬如注入納米粒子系統的生物可吸收鎂合金支架。

圖5 （a）具有溫度/流量傳感器、內存模塊和納米治療劑（例如二氧化鈰納米顆粒和具有介孔二氧化硅納米顆粒的金納米棒）的生物可吸收鎂合金支架；（b）和（c）嵌入SU-8聚合物無線微壓力傳感器（這個是具有電光特性的生物電子材料）的，3D打印聚己內酯聚合物支架，以及連接到外部天線以檢測傳感器諧振頻率的支架系統；（d）和（e）嵌入在3D打印的聚己內酯內的，可生物降解聚（D-丙交酯）壓力傳感器；（f）與L-C共振壓力傳感器集成的鈷鉻基裸金屬支架（這張圖大家應該很熟悉了，筆者也斷斷續續看過好幾次）

這里，草草地看了這么多設計，相信大家腦海里會誕生一個非常樸素的疑問，為什么我們還沒在臨床/試驗中看到這些支架？有個笑話可部分解答這一疑問，當你查到所有這些文獻都來自Science、Nature或者IEEE Transcations等雜志時，作者是大學某某實驗室或者研究院的，一般意味著這一技術/設計離實用還有一段路；相反，如果能搜索到的文獻大量集中在臨床雜志或者病例報道，那意味著這一技術/設計已經非常成熟了，剩余的改進空間很小（copy起來就更方便了~）。

一方面，具有生物相容性的傳感器材料，在介入過程中通過曲折的脈管系統時必須完全安全密封，為了達成這一點，整個傳感器系統應該是可拉伸和靈活的，不能妨礙正常的血流，更不能嚴重地影響介入器械的輸送性能。其次，信息的有效傳輸永遠是一個問題，在不顯著增加支架系統厚度和面積的情況下，傳輸得到的準確信息必須能夠指導和預測患者的預后。（達成這兩點就非常困難了，當然還有其他的）

圖6 智能支架的相關材料和技術

今天的最后，我們可再看回Georgia Tech研究者們，在Science Advances上5月的最新發表中，研究員Woon-Hong Yeo及團隊報道了其開發的，可在所有血管內植入的印刷納米膜軟電子監測系統（這篇也是公開的，感興趣的筒子們可點擊下方的“原文鏈接”），此無線且可磁場能量傳輸的支架系統，無需電池或電路即可實現血流動力學的無線實時監測。目前已完成了動物模型的測試；另，Yeo最近得到了National Science Foundation 3年400,000美金的資助，以專注于他的印刷納米膜傳感器和生物電子學研究。

圖8 完全可植入的無線血管電子系統概述。（A）可植入電子元件的圖示；（B）使用導電金環和非導電聚酰亞胺（PI）連接器的感應支架設計，以實現類似螺線管的電流路徑（左）和支架的掃描電鏡SEM圖像（右）；（C）使用印刷介電層的軟壓力傳感器層（左）和食指展示流量和壓力傳感器的照片（右）；AgNP，銀納米粒子；PDMS，聚二甲基硅氧烷；（D）無線血管支架的介入下釋放和球囊擴張示意圖；（E）傳感器集成支架系統的初始和擴展狀態；（F）植入活兔右髂動脈的無線支架系統（兔兔是個血管好模型）；（G）同時監測壓力、心率和血流量的無線設計和傳輸方案示意圖

引用文獻：

1.  Robert Herbert, Hyo-Ryoung Lim, Bruno Rigo, Woon-Hong Yeo. Fully implantation wireless batteryless vascular electronics with printed soft sensors for multiplex sensing of hemodynamics. Sci Adv.2022 May 13; 8(19).

2.  Jithin Vishnu, Geetha Manivasagam. Perspectives on smart stents with sensors: from conventional permanent to novel bioabsorbable smart stent technologies. Med Devices Sens. 2020;3:e10116.

3.  Xing Chen, Babak Assadsangabi, York Hsiang, Kenichi Takahata. Enabling angioplasty-ready “smart” stent to detect in-stent restenosis and occlusion. Adv Sci (Weinh). 2018 May; 5(5): 1700560.