2026 年 1 月 7 日，中國科學(xué)院力學(xué)所蘇業(yè)旺研究員團隊與清華大學(xué)生物力學(xué)所李爽博士和香港城市大學(xué)于欣格教授合作提出了一種柔性、可降解的無線傳感平臺，該平臺可在遠距離（例如 16 cm）下監(jiān)測多種生理信號，并在大范圍的測量距離和角度下均能保持信號準(zhǔn)確性（圖 1）。

現(xiàn)有的體內(nèi)臨床數(shù)據(jù)獲取方法，如磁共振成像（MRI）、計算機斷層掃描（CT）、正電子發(fā)射斷層掃描（PET）和超聲成像，對于診斷腫瘤、心腦血管疾病及骨科疾病等多種病癥至關(guān)重要。然而，這些手段主要獲取解剖圖像、代謝活動及間接計算的數(shù)據(jù)，信息類型范圍有限。植入式器件的出現(xiàn)提供了新的可能性，使得原位監(jiān)測壓力、溫度、pH 值等成為現(xiàn)實。這些器件大多依賴于芯片、強磁體、電池及其他不可降解的組件，帶來了二次手術(shù)傷害的風(fēng)險。

近年來報道的可生物降解植入物顯示出解決這一問題的潛力，它們利用無源電感-電容（LC）諧振電路來簡化電路以避免不可降解的組件。LC 電路將生理參數(shù)轉(zhuǎn)換為諧振頻率的變化，可通過非諧振電感耦合讀取器（即標(biāo)準(zhǔn)讀取系統(tǒng)）進行測量，然而需要很近的讀取距離（通常小于 3 厘米）。宇稱-時間（PT）對稱和高階 PT 對稱的讀取系統(tǒng)可通過頻率分岔增加讀取距離，但此類技術(shù)高度依賴于傳感器與讀取器之間距離和角度的嚴(yán)格控制，以確保標(biāo)定關(guān)系保持不變，而這在臨床環(huán)境中更難實現(xiàn)。

圖 1. 柔性可降解無線傳感平臺及其信號示意。（a）柔性可降解無線傳感平臺的工作場景；（b）讀取器和傳感器的電路與結(jié)構(gòu)；（c）標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)和本系統(tǒng)的信號對比

本工作的核心創(chuàng)新在于設(shè)計了「極點移動掃描」的讀取系統(tǒng)（圖 2），其動力學(xué)特性與上述在頻率掃描過程中極點保持固定的傳統(tǒng)系統(tǒng)本質(zhì)不同，所需耦合率可低至 10 的-5 次方量級（較標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)降低 1-2 個量級），突破了當(dāng)前無源無線傳感技術(shù)中存在的讀取距離與魯棒性兩大瓶頸。

圖 2. 無線傳感平臺的讀取系統(tǒng)設(shè)計。（a）用耦合模理論描述的系統(tǒng)；（b-g）不同系統(tǒng)的零點-極點圖和讀取信號對比。

此外，力學(xué)-電磁學(xué)協(xié)同的一體式折疊結(jié)構(gòu)設(shè)計解決了在保持柔性與可降解性的同時實現(xiàn)高性能電磁功能的難題（圖 3）。在馬腹腔內(nèi)進行的體內(nèi)實驗可靠地捕獲了深層組織的壓力和溫度變化，而無需嚴(yán)格位置控制，展現(xiàn)了該平臺在難以精確定位深部組織傳感器的實際臨床環(huán)境中的顯著優(yōu)勢。該平臺有望作為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的一種有效補充，可應(yīng)用于腹內(nèi)高壓重癥監(jiān)護、心臟搭橋術(shù)后監(jiān)測、腦疾病重癥監(jiān)護等多種醫(yī)療場景。

圖 3. 無線傳感平臺中傳感器的一體式折疊結(jié)構(gòu)設(shè)計。

論文的第一作者為力學(xué)所博士生藍昱群。通訊作者為力學(xué)所蘇業(yè)旺研究員、香港城市大學(xué)于欣格教授和清華大學(xué)生物力學(xué)與醫(yī)學(xué)工程研究所李爽博士。中國科學(xué)院動物所顧奇研究員和博士生郭海濤、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)李靖教授和朱怡平副教授等、中國科學(xué)院理化所吳雨辰研究員和李輝博士、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)高寒飛研究員、以及力學(xué)所劉沁園等多位博士生參與了該工作。該工作得到了國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院從 0 到 1 原始創(chuàng)新計劃和中國科學(xué)院交叉學(xué)科創(chuàng)新團隊等項目的支持。

原文鏈接：

https://doi.org/10.1038/s41586-025-09874-3

審核編輯 黃宇