集成光学与流体通道的超润滑磁控微导管：面向复杂解剖环境的多功能导航平台

这篇研究报道了一种集成磁控驱动、流体输送和光学传输功能的多通道超润滑微导管。通过聚二甲基硅氧烷(PDMS)复合NdFeB磁性颗粒构建柔性基质，结合聚四氟乙烯(PTFE)模具铸造和场辅助固化工艺，实现了各向异性磁响应特性。创新性地采用纯PDMS二次封装和光聚合水凝胶涂层技术，使表面摩擦系数降低80%，在24 mT磁场下实现55°精准偏转。体外血管模型实验验证了其在弯曲血管中同步进行光学引导和流体输送的能力，为神经介入等微创手术提供了新型多功能工具。

　　

1 引言

微创手术技术的革新推动着磁控导管系统的发展。传统镍钛合金导丝依赖近端推扭操作，在弯曲血管中存在弹性能量损耗问题。本研究突破现有磁控系统仅具运动功能的局限，通过多通道集成设计解决临床介入中光学引导与治疗剂输送的协同需求。表面摩擦力的优化成为关键挑战——在低磁场驱动力条件下，导管与组织界面的摩擦会显著降低导航精度。

2 结果与讨论

2.1 多通道微导管设计与制备

采用分段式结构设计：前端为含70 wt% NdFeB颗粒的PDMS磁性段，后端为纯PDMS柔性尾段。通过PTFE模具同步嵌入200 μm光纤与300 μm微毛细管，在150 mT轴向磁场下热固化形成各向异性磁化特性。二次封装工艺在1.2 mm内径模具中形成纯PDMS过渡层，为后续亲水涂层奠定基础。

2.2 超润滑表面改性

创新性采用丙烯酰胺/AMPS光聚合体系，在BP光引发剂作用下实现水凝胶共价接枝。接触角测试显示纯PDMS表面从113°降至42°，而磁性复合材料经二次封装后摩擦阻力从140 mN降至25 mN。原子力显微镜(AFM)揭示磁性PDMS表面纳米级突起是直接涂覆失效的主因。

2.3 磁控性能表征

UR10机械臂操控永磁体实验显示，导管尖端在模拟生理条件下实现亚毫米级位移控制。有限元仿真与实测数据高度吻合，验证了场辅助固化形成的磁矩定向排列效应。在3 mm孔径的环形阵列导航测试中，导管展现出无 buckling 的连续通过能力。

2.4 神经血管模型验证

2D脑部血管 phantom实验演示了从股动脉到颈动脉的全程导航。405 nm激光通过弯曲光纤的功率损耗<15%，50 μL/min流速下染料输送无泄漏。特别值得注意的是，在模拟Willis环分叉处，磁控导管实现了选择性分支进入（路径2.1与2.2），表面涂层使推送阻力降低4.6倍。

3 结论

该研究建立了磁响应材料-微流控-光子器件的协同集成范式。未来可拓展方向包括：①集成OCT光纤实现实时成像反馈；②开发载药水凝胶涂层用于局部化疗；③与MRI导航系统兼容性优化。这种模块化设计策略为下一代智能介入器械研发提供了普适性框架。

4 实验方法

关键工艺参数包括：65°C/5 h热固化条件，UV2959引发365 nm光聚合30分钟。生物相容性测试采用HEK293T细胞，24小时培养显示涂层无细胞毒性。摩擦测试平台以0.5 mm/s速度在PBS溶液中测量界面剪切力，数据经五次重复实验验证。