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为解决动脉血管移植物术后难题，研究人员开发电子血管导管，可实时监测血流及病变，意义重大。
在心血管疾病的治疗领域，冠状动脉疾病（CAD）和外周动脉疾病（PAD）严重威胁着人们的健康。对于这类疾病，旁路移植手术是重要的治疗手段。然而，当自体移植物无法获取时，动脉血管移植物虽成为有前景的替代选择，但却面临诸多挑战。例如，术后延迟内皮化，使得血小板容易黏附，启动凝血级联反应，进而诱导血栓形成和再狭窄；同时，内膜增生、高血栓形成风险等问题也困扰着患者。更为棘手的是，目前缺乏及时检测这些细微病理变化的有效方法，患者术后可能面临早期移植物功能障碍，且终身存在血管堵塞风险。因此，开发一种能够实时、原位监测血管状况的技术迫在眉睫。
中国科学院北京纳米能源与系统研究所等机构的研究人员，开展了一项关于电子血管导管的研究。该研究成果发表在《Nature Communications》上。研究人员开发出一种将柔性电子器件集成到仿生血管移植物中的电子血管导管，旨在实现对血管狭窄和血栓的原位、实时、长期监测，同时助力术后血管修复。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先是材料制备技术，通过静电纺丝法制备了具有双层结构的 PCL/TPU 血管移植物，模拟天然动脉的结构和功能。其次，利用摩擦电效应构建了基于聚吡咯（PPy）和聚二甲基硅氧烷（PDMS）的柔性压力传感器，并将其集成到血管导管上。此外，采用动物实验技术，在新西兰兔和食蟹猴等动物模型上进行手术，验证电子血管导管在体内的性能。
下面来看具体的研究结果：
- 设计理念：电子血管导管由三部分组成，包括内层仿生双层人工移植物、围绕移植物的柔性摩擦电传感器以及信号处理电路和蓝牙低功耗（BLE）传输模块。人工移植物的内层由纵向排列的聚己内酯纳米纤维（PCL NFs）构成，可降低血流阻力，促进宿主内膜内皮细胞迁移，加速血管内皮化；外层由各向异性热塑性聚氨酯纳米纤维（TPU NFs）组成，具有良好的机械性能。柔性传感器基于摩擦电效应工作，能感知脉搏波，一旦发生血管狭窄和血栓形成，信号会发生变化。
- 制备与表征：研究人员制备的血管移植物具有多孔结构和类似天然组织的内膜形貌，模拟结果显示纵向排列的纳米纤维有利于血流稳定。构建的摩擦电传感器通过引入互补纳米线阵列结构，提高了机电转换性能，且具有良好的机械稳定性和生物相容性。此外，PCL NFs 能促进内皮细胞的附着和定向迁移，加速血管修复。
- 体外验证：在体外模型中，电子血管导管对血流监测表现出良好的性能。随着驱动压力增加，传感器输出电压相应增加，灵敏度为 3.59 mV mmHg-1，线性度良好（R2=0.994），且具有同步频率响应。在检测血管狭窄和血栓形成方面，当上游发生堵塞时，输出电压减弱；下游堵塞时，输出信号增强。
- 兔体内验证：在新西兰兔体内，电子血管导管成功监测到脉搏波和呼吸运动。给予肾上腺素调节血压时，传感器能及时反映血流动力学参数的变化。通过对血管移植物近端和远端进行堵塞实验，证明其可有效监测血管狭窄。长期实验中，利用 BLE 传输模块实现了长达 3 个月的无线血流动力学监测，且在诱导急性血栓形成和抗凝治疗过程中，传感器输出与超声结果一致，体现了其稳定性和可靠性。
- 组织适应性：在兔体内实验 3 个月后，电子血管导管表现出良好的组织适应性。多普勒超声显示血流正常，移植物表面光滑无血栓，组织切片显示其结构类似天然血管，且周围组织和器官无明显炎症。
- 食蟹猴无线监测与血栓识别：在食蟹猴实验中，利用 BLE 传输模块实现了无线血流动力学监测。无论动物处于何种状态，脉搏波信号都能实时显示在应用程序中。术后停止抗凝治疗诱导急性血栓形成时，电子血管导管检测到信号幅度下降，波形恶化，组织学评估也证实了血栓的形成。
研究结论和讨论部分指出，该电子血管导管为心血管疾病患者的治疗和术后监测提供了一种有前景的平台。在旁路移植手术后的关键时期，集成的摩擦电压力传感器可实时监测植入部位的血流动力学状态，及时发现血管再狭窄和血栓形成等异常情况，有助于采取侵入性较小的治疗措施，降低血栓进展的风险。未来，研究人员期望通过建立多个功能模块之间的直接连接和反馈回路，进一步克服人工血管在临床应用中的局限性，为心血管疾病的治疗带来新的突破。
