一条手术缝合线，发一篇Nature Biomedical Engineering！

奇物论

2021-10-28

术后并发症，如出血、裂开（伤口裂开或破裂）、渗漏和深部手术伤口引起的感染，需要及早发现，尤其是患者出院后。目前，医生和患者只能依赖于可见的外部体征，如皮肤变色和体温。然而，这些症状通常只有在并发症变得严重时才明显。柔性植入式传感器和电子设备可用于此目的。然而，将这种类型的设备与组织，特别是深部组织连接，需要额外的手术固定工作和相对较大的无线模块进行数据传输。

成果简介

鉴于此，新加坡国立大学JohnS. Ho、Viveka Kalidasan、Ze Xong等人展示了用导电聚合物功能化的复丝手术缝合线，并结合了通过射频识别操作的电容传感器的脱脂棉，以检测手术部位的相关生理参数。成果发表在Nature Biomedical Engineering上。

图|用于监测深部手术伤口的无线响应缝合线

手术缝线本身作为天线

该研究工作建立在先前开发的具有化学和物理传感能力、生物流体提取和药物输送的外科缝线的努力基础上。然而，这种增强型手术缝合线用于监测深部手术伤口的效用受到需要有线连接到外部电源和数据采集的限制。该研究使用的复丝缝合线-与标准手术缝合线一样，促进愈合-由医疗级材料制成，不会再吸收，还可用作天线，并连接到带有电容传感器（特别是电感器）的电子纱布上（特别是一个电感电容谐振器，它将生理信号转换为电路谐振频率的位移）和一个非线性射频（RF）电路模块（包括肖特基二极管）。

为了检测泄漏的生物标志物，作者对电容传感器进行了功能化，并利用谐波反向散射通过外部射频识别读取器生成无电池无线读数。然而，关键的创新是利用不可吸收缝合线本身作为射频天线。作者通过用导电聚合物涂覆缝合线中的细丝来实现这一点，并由聚对二甲苯的薄介电层保护。功能化过程不影响缝合线的机械柔韧性，可适用于多种材料，包括棉、聚酯和VICRYL缝线。作者还表明，缝合线的阻力与医用级缝合线的阻力相当，并且（通过超过 72小时的细胞活力实验）涂层缝合线具有生物相容性。

 图|无线系统设计和性能

监测深部伤口

作者还表明，长度超过 10 毫米的缝合线可以支持对超过 3 厘米深度的手术伤口的感知，并且弯曲和平面内运动对反向散射光谱中共振倾角的位置的影响可以忽略不计。更长的缝合线和具有更高导电性的缝合线可以检测更深的手术伤口。

研究人员测试了传感缝线在监测活猪深部手术部位伤口完整性、胃液渗漏和组织微动方面的效用。作者使用带有两个电子纱布的缝合线来缝合在动物背阔肌上形成的大约 10 厘米的切口。为了检测胃漏，传感电容器的表面用基于肽的水凝胶进行了功能化。暴露于胃液后，水凝胶的酶促降解改变了其有效介电常数，从而改变了设备的电容，从而改变了谐波反向散射光谱中共振倾角的频率。通过放置在动物皮肤表面的射频识别天线，作者以无线方式询问深植入的缝合线（共振频率或反向散射信号幅度的变化）。

图|体内术后监测

医疗级愈合效果

研究人员还研究了缝合线促进的长期愈合结果。在大鼠身上使用了两周多的时间，证明了该设备的性能可靠，愈合结果与使用标准医疗级缝合线所达到的结果相当。在频率分辨传感下，在纱布5 mm 内皮下注射人造胃液会导致注射后 10 分钟内共振倾角的频率发生 11% 的变化，表明近实时监测胃渗漏是可行的。此外，在时间分辨传感下，体内缝合线的断裂导致后向散射信号衰减15 dB，这表明可以在没有视觉通路的情况下监测缝合线的完整性。

图|长期无线传感和伤口愈合结果

小结：

传统的生物电子设备通常采用柔性的平面结构和材料进行设计。该组织嵌入生物电子设备在三个维度上将传感手术缝合线与多层生物组织集成在一起。该无线传感缝合线也可以设计用于检测伤口感染和其他术后并发症。此外，复丝缝合线的无线功能可以与其他生物电子功能相辅相成，例如生物体液的提取、化学和生物传感、组织应变和温度的传感以及按需给药。

参考文献：

1. Kalidasan, V., Yang, X.,Xiong, Z. et al. Wirelessly operated bioelectronic sutures for the monitoringof deep surgical wounds. Nat Biomed Eng 5, 1217–1227 (2021).

https://doi.org/10.1038/s41551-021-00802-0

2. Sonkusale, S. Sutures for the wireless sensing of deep wounds. Nat Biomed Eng 5, 1113–1114 (2021). 

https://doi.org/10.1038/s41551-021-00806-w