科研动态 | 谢曦、蒋乐伦教授在《Nature Materials》上发表磁驱动多模态电子导管研究新进展

近期，中山大学电子与信息工程学院（微电子学院）谢曦教授团队与生物医学工程学院蒋乐伦教授团队研发了一款高柔性、磁驱动、集成多参数生化传感的多模态电子导管，能够微介入弯曲复杂的血管内和体腔，原位实时监测器官局部多种生化指标浓度，从而促进微介入手术的功能化和智能化。相关研究成果发表在国际著名期刊《Nature Materials》上，题目为“Magnetically-actuated multimodal bioelectronic catheter for minimally invasive surgery and sensing”。谢曦教授、蒋乐伦教授为共同通讯作者，杨静波、张远西博士为共同第一作者。

对体内器官或血管局部微环境生化指标检测能够直接反映目标组织的生理状态，有助于手术过程中实时定位病灶与反馈治疗操作风险。目前，临床手术过程主要依赖组织活检或局部静脉采血方法测量局部组织的生化指标，但这些方法具有破坏性或无法实时原位检测。磁驱动导管能够在复杂环境中以远程可控的方式主动导航，可以在磁场的操控下实现多方向形变和稳定控制，在微介入手术中有良好的应用前景。然而，磁驱动导管与多通道生物传感功能的集成通常涉及刚性的电子元件（如电极、多导线和焊点），这与磁驱动导管所需的高柔性相矛盾。另一方面，液态金属具有金属导电性和流体变形性，但将多个液态金属通道集成到微小的磁驱动导管中仍具有挑战性。尽管磁驱动导管在微介入手术领域具有巨大潜力，但以下关键问题仍亟待解决：1) 缺乏多通路生化传感组件的有效集成，制约了其功能拓展；2) 导管内若嵌入多根金属导线及焊点会影响柔韧性与磁控性；3) 将多根液态金属束集成到小型化磁性导管中的先进制造技术尚待突破。

图 1：磁驱动多模态生物电子导管的研制与应用示意图

为解决上述问题，谢曦教授团队和蒋乐伦教授团队自主研发4D多通道打印仪器，制备了一种磁驱动多模态微介入电子导管（Magnetically-actuated Multimodal Bioelectronic Catheter, MMBC）。该多模态导管集磁驱动导航、高导电性能、全柔性、多元生化检测等功能于一体，能在体内狭窄腔道或血管内中实现精准磁操控转向和原位生化检测。MMBC具有典型的“多通道芯—鞘”结构，由磁响应外鞘和多路全柔性液态金属通道组成，解决了多通路导线制约微介入导管磁驱动性的难题，使得磁场能够高效带动传感探头在血管内灵活穿梭。MMBC的微电极与多路液态金属通道连接，通过功能化修饰，可实现四种代谢物（如：肌酐、尿酸、H2O2和肾上腺素）或离子和酸碱度（K+、Na+、Ca2+和pH）的生化检测。所制备的MMBC具有微创性、灵活性、强操纵性和多功能性，能够克服传统介入式手术难以在目标脏器或血管中原位生化检测和药物递送的难题，在复杂和受限环境中导航并完成一系列医疗任务，有望推动磁控机器人手术系统和远程医疗的发展。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41563-025-02340-5

转自：https://mp.weixin.qq.com/s/Ic7nacVpRcpAHbC5VFYQ9g