【仪表网 研发快讯】1月29日，国际期刊National Science Review刊发机械学院吴豪教授、尹周平院士团队在柔性电子医工交叉领域的新成果，题为“具有可打印响应型水凝胶界面的柔性生物传感器，用于检测及区分血液循环并发症”(A soft biosensor with printable responsive hydrogel interfaces for detection and differentiation of blood circulation complications)?；笛г?020级博士生仇裕淇、2022级博士生杨淦光为论文共同第一作者，吴豪教授为通讯作者，我校同济医学院附属协和医院副主任医师刘玉田、新加坡国立大学教授吴昌盛为共同通讯作者，尹周平院士等为共同作者。
 

　　严重的软组织缺损在临床上十分常见，游离皮瓣移植术是主要的治疗手段。然而，术后移植皮瓣易出现静脉淤血、动脉痉挛、动脉阻塞等血液循环并发症。这类并发症的发病率高，严重威胁皮瓣的存活。因此，及时检测并精准区分血液循环并发症对于优化术后治疗方案、提高皮瓣存活率具有重要意义。尽管目前已经开发了多种血液循环监测技术，但仍存在重大缺陷，如采集信号质量较低、无法区分动脉和静脉并发症、数据解读不便以及监测成本高昂。近年来，柔性电子系统凭借优异的可拉伸性、贴附性与生物相容性等特性，成为解决上述问题的一种极具前景的技术方案。然而，针对术后皮瓣血液循环监测的临床应用场景，受移植皮瓣组织脆弱性的限制，柔性电子系统需满足严苛的界面需求，即在监测期间需与皮瓣皮肤紧密耦合，以实现高保真度信号的稳定采集；监测完成后可从皮瓣表面温和剥离，以避免对组织造成二次损伤。
 

　　为解决上述技术挑战，研究团队开发了具有可打印响应型水凝胶界面的柔性生物传感器，实现了对术后游离皮瓣中血液循环并发症的精确检测及区分。水凝胶界面层具有优异的初始黏性(27.8 kPa)和大范围黏性调控性能(>10.8 倍)。此外，为满足柔性系统中水凝胶界面层的复杂集成要求，通过调节水凝胶墨水流变特性，实现了水凝胶墨水高精度直写打印，且在30秒内即可完成水凝胶界面层的快速图案化制造。
 

图为柔性生物传感器的设计与集成。
 

　　将该传感器应用于术后游离皮瓣的血液循环监测时，其可与术后皮瓣紧密黏附以实现光电容积脉搏波(PPG)及温度信号的高质量采集，监测完成后可通过热触发实现其与皮瓣皮肤的温和剥离以避免组织损伤。研究团队基于PPG信号的形态学分析，提出了血运监测新指标，即平衡指数，实现了对静脉血运障碍的定量化检测。该传感器通过同步监测平衡指数、灌注指数及皮肤温度，可实现不同类型血液循环并发症的精准检测及区分，优于临床评估及现有血运监测技术(O2C系统)。
 

图为柔性生物传感器应用于游离皮瓣术后血液循环监测。
 

　　该研究提出了可打印热响应水凝胶通用界面设计策略，可实现表皮电子系统与皮肤粘附强度的按需调控。该研究提出的柔性生物传感器具有高精度、便携式、低成本等优势，在医疗健康监测领域具有广阔的应用前景。
 

　　相关工作得到了国家自然科学基金原创探索及其延续资助项目、卓越研究群体等项目以及机械学院STAR项目的支持。