近年来,肿瘤、慢性器官损伤等疾病治疗对“精准、可控、低副作用”的用药方式提出更高要求。
传统静脉给药或口服给药往往面临药物在全身分布、有效到达病灶比例不足的问题;而对卵巢、肾脏等器官而言,病灶位置隐蔽、器官表面曲率复杂,也增加了局部高效给药与长期治疗管理的难度。
如何让治疗载荷“到得准、进得去、控得住”,成为精准医学与医疗器械研发的关键课题之一。
在这一背景下,多家科研与医疗机构协同攻关,研制出一种超柔性生物电子贴片。
该贴片可在器官表面实现大面积、紧密贴合,形态类似“为器官穿上的智能电子衣”,按照器官形状进行定制,实现“哪里需要贴哪里”的点对点递送。
研究成果于1月27日发表于国际学术期刊《细胞》,展示了柔性电子与生物医学交叉融合的最新进展。
问题在于:器官表面并非平整,且在呼吸、搏动、蠕动等生理运动中不断形变。
以往贴片类器件要么难以完全贴合,导致局部翘起、位移,影响能量与药物传递;要么为了贴合而牺牲有效工作面积,使覆盖不足,难以满足治疗需求。
“高共形”与“高覆盖”长期被视为难以兼得的矛盾。
原因在于,器官曲率与材料力学特性高度耦合:贴片结构若刚性偏大,易产生应力集中与脱附;若过度柔软又可能导致形变失控、功能区破碎或电极布局受限。
对此,研究团队从传统“剪纸”艺术获得启发,提出“器官定制化剪纸共形理论”,首次建立剪纸结构几何参数(如单元尺寸、铰链宽度)与器官曲率、材料属性之间的定量关系。
通过对器官进行三维扫描并生成匹配方案,贴片既能在特定曲率器官上实现高度共形,又尽可能保留功能区域,使有效覆盖率超过95%,从工程设计层面解决了“贴得住”与“覆盖广”的两难。
在器件构型上,该贴片采用四层功能化设计:与组织接触的纳米孔阵列薄膜、用于负载药物的水凝胶储药层、用于电场分布调控的银纳米线电极层以及封装支撑的柔性基底层,并通过飞秒激光精密加工赋予定制化拓扑结构,使其能够适配不同物种、不同器官表面,包括卵巢、眼球、肾脏等多种曲率与形变条件。
其关键机制在于“纳米电穿孔”效应:当施加低电场时,纳米孔道因高阻抗产生电场聚焦,使细胞膜局部发生可逆、安全的短暂“开启”,同时孔道内形成的高强度电场梯度驱动电泳力,显著加速药物或基因载荷进入细胞。
研究显示,该方式可在较低工作电压下兼顾递送效率与安全性,并将递送速度提升至显著水平,为细胞内递送提供更可控的技术路径。
影响层面,这一技术为卵巢癌预防、器官损伤修复等疾病治疗提供了新的工具储备。
与单纯药物递送相比,生物电子贴片具有“可贴附、可操控、可持续”的特点,结合柔性电子、微纳加工与无线供能等技术,可望实现对植入式器件的精准控制与长效工作,为内脏器官疾病的治疗、再生修复与功能调控拓展了思路。
更重要的是,其强调“以器官为尺度进行工程化定制”,有助于推动从通用器械向个体化、场景化医疗器械的迭代。
对策层面,推进此类技术走向临床与规模应用,仍需在多方面形成合力:一是加强跨学科协同,推动材料、生物电学、临床需求和工程制造的闭环迭代;二是完善安全性与有效性评价体系,围绕长期植入、生物相容性、稳定供能、器官动态环境下的可靠性等关键指标开展系统验证;三是推动标准与监管路径前置研究,明确适用场景、风险分级与质量控制要求;四是以临床问题为牵引,优先在需求明确、获益可量化的适应证中开展应用探索。
前景方面,研究团队表示该技术具备拓展到肝脏、心脏、肺部等多种内脏器官的潜力。
与此同时,在国家自然科学基金等项目持续支持下,相关技术正推进产业化转化:基于核心技术孵化的企业已完成多轮融资,首款转化产品已在皮肤健康等领域应用。
随着更多临床场景验证推进,未来有望形成从基础研究、工程制造到医疗应用的完整链条,为我国生物电子医学与高端医疗器械发展注入新动能。
这项研究成果充分体现了我国科学家在生物医学领域的创新能力和国际竞争力。
从传统文化中汲取灵感、运用现代微纳技术、实现产业化转化,这一完整的创新链条为精准医疗的发展提供了新思路。
随着超柔性生物电子贴片技术的不断完善和推广应用,必将为更多患者带来希望,也将推动我国医疗器械产业向更高层次发展。