可生物降解超声对比胶带：实现肠道运动功能长期监测的革命性突破

为解决小肠切除术后肠道运动障碍监测难题，华中科技大学团队开发出可生物降解超声对比胶带(BioUCT)。该研究通过将周期性气室封装于坚韧水凝胶中，实现了>90%的超声波反射率，在活猪模型中持续提供2周的高对比度超声成像，12周内自然降解。这项发表于《Nature Communications》的工作为术后肠道动力无线监测提供了创新解决方案。

　　

肠道手术后并发症监测一直是临床难题。传统影像学方法如MRI和CT虽能提供高分辨率图像，但存在操作复杂、无法频繁监测等局限；而超声检查虽便捷，却因软组织声阻抗差异小导致成像模糊。更棘手的是，现有微泡超声造影剂仅能维持几分钟显影，且会随血液循环扩散至全身。这些技术瓶颈严重制约了术后肠道运动功能的长期监测需求。

华中科技大学团队在《Nature Communications》发表的创新研究，开发出革命性的可生物降解超声对比胶带(BioUCT)。这种厚度仅1mm、杨氏模量约20kPa的柔性材料，通过独特的"气室-水凝胶"结构设计，完美解决了软组织超声成像对比度不足的难题。其核心创新在于将周期性排列的气室(d=0.45mm)密封在聚乙烯醇/羧甲基壳聚糖(PVA/CMC)水凝胶基质中，顶部覆盖疏水涂层，底部结合聚丙烯酸-NHS酯(PAA-NHS)生物粘附层，形成兼具高声阻抗差和组织贴合性的多层结构。

关键技术方法包括：1)通过COMSOL Multiphysics模拟优化气室参数(晶格常数a=0.45mm，填充比p=0.7)；2)采用3D打印模具制备含周期性气室的水凝胶；3)建立活猪模型(n=3)验证体内成像效果；4)通过ATP检测和血液生化分析评估生物相容性；5)使用便携式超声系统(S9 pro，SonoScape)进行无线监测。

研究结果部分的重要发现包括：

设计原理验证：通过有限元分析证实，周期性气室结构使BioUCT在1-5MHz频段反射率>90%，较普通水凝胶提高57dB。杨氏模量测试显示其柔韧性(20kPa)与软组织相当，180°剥离试验证实界面韧性达200J/m²。

体外性能表征：附着于离体猪肠的BioUCT使超声图像亮度提升33dB，在PBS中浸泡15天后仍保持稳定成像。机械变形测试表明，即使承受50%拉伸或90°弯曲，反射信号仍保持稳定。

生物相容性验证：人心脏微血管内皮细胞(HCMECS)培养实验显示，21天内细胞存活率>95%，ATP水平与对照组无显著差异(p>0.05)。大鼠皮下植入实验证实，材料12周降解率达70%，血液指标(WBC、ALT等)均在正常范围。

活体应用演示：在30-40kg巴马小型猪模型中，BioUCT使肠道超声信号增强40dB，持续显影15天。通过M-mode超声追踪，成功量化了多潘立酮给药前后肠蠕动幅度变化(3.13mm vs 7.59mm)。

讨论部分指出，这项研究突破了传统超声造影剂的时间限制(分钟级→周级)，首次实现可降解植入式声学超材料在生物医学中的应用。相较于含金属或二氧化硅的植入物，全水凝胶设计的BioUCT兼具生物安全性和机械适配性。通过调节PVA结晶度(1-2wt%CMC)，可控制降解时间在10-120天范围内。

该技术的临床意义在于：1)为肠梗阻等术后并发症提供无线监测方案；2)可与现有穿戴式超声设备整合；3)拓展了声学超材料在医疗监测中的应用范式。未来通过提高3D打印精度，有望将工作频段扩展至更高频率，或结合刺激响应水凝胶实现生理参数传感。这项研究为软组织长期影像监测开辟了新途径，被审稿人评价为"植入式超声材料领域的重大突破"。