受到可穿戴柔性電路的啟發，近期提出的電子粘膜展示出巨大的潛力（Nature Reviews Materials,2022，7(11), 908-925），同時消化道提供了一種無創的體內遞送方式（Nature Reviews Materials, 2019, 4(2), 83-98）。然而，由于濕滑、動態、狹窄的復雜體內環境，在狹窄腔道內原位持續的診斷與治療十分具有挑戰。
近期，香港中文大學機械與自動化工程學系張立教授團隊聯合香港中文大學醫學院趙偉仁教授、香港中文大學周毓浩創新醫學技術中心陳啟楓教授與浙江大學機械工程學院潘程楓研究員以胃酸反流為背景，展示了無線供能的柔性電子支架用于食道賁門的電刺激治療。該電子支架可變形的結構結合本征可拉伸的材料使得電子支架可以承受150% 軸向拉長以及50% 徑向壓縮，并可以利用內鏡通過口腔完成無創遞送。同時，課題組在成年豬動物模型上驗證了電子支架的體內供能以及賁門無線電刺激的有效性。相關研究成果以 “Wirelessly powered deformable electronic stent for noninvasive electrical stimulation of lower esophageal sphincter” 為題發表于國際著名期刊《Science Advances》并被選為網頁封面。
圖 1：無線供能的柔性電子支架系統概述。
圖 2：柔性電子支架的電力學特性。
如圖2A所示，課題組提出了一種基于閉合面積的理論模型，為電子支架的無線供能提供理論指導。該模型可以拓展至傾斜和壓縮的場景，圖2B，C的實驗結果很好地吻合了理論值，展現了該設計策略的普適性。如圖2D, E, F所示，課題組在豬體內和體外測試了柔性線圈的性能。盡管由于食道的壓縮使得柔性線圈性能下降，柔性線圈仍然能夠接收足夠的能量用于驅動后續電路。
圖 3：CT下的經口無創遞送。
圖 4：活豬體內無線電刺激的有效性與安全性驗證。a 無線電刺激實驗設置與原理。b 電刺激前中后四頭豬的賁門壓力變化。c 電刺激過程中以及停止后賁門平均壓力增量。d電刺激前中后四頭豬的賁門壓力平均值。e，f 液態金屬以及微針與人食道上皮細胞的生物相性g 無線供能過程中豬表皮的溫度變化。
活豬體內實驗表明，二十分鐘連續電刺激可以使得賁門壓力顯著增加，并在停止刺激后保持一段時間，隨后逐漸衰減至基準壓力。該結果表明，定期連續電刺激將會是一種治療胃酸反流的有效手段。
最后課題組提出了一種可穿戴無線供能線圈的設計思路，以適應不同體型的病人，并設計了便攜的控制盒，滿足了穩定供能的需求而不影響日常活動。以下視頻用透明人體模型展示了可穿戴無線供能線圈的可行性。
總結而言，本工作提出了一種柔性電子支架，用于食道賁門的無線電刺激。通過口腔遞送的方式，為今后消化道內的無創診斷與治療提供了新的思路。
這項研究得到香港研究資助局（RGC）、香港創新科技署（ITC）、裘槎基金會（CFG）中大-中國科學院深圳先進技術研究院機器人與智能系統聯合實驗室、創新香港研發平臺（InnoHK）的醫療機器人創新技術中心（MRC）的支持。該工作得到香港中文大學趙偉仁教授，以及中北大學高晉陽教授大力合作和幫助。
原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ade8622
近五年來，張立教授課題組報道了一系列微納機器人，實現了狹窄腔道內的的無創遞送以及生物醫學應用，并在著名期刊上發表了多篇學術論文。
部分研究成果如下：
[1] Adv. Mater., 2022, 34(34), 2201888：磁驅動微米機器人集群用于去除膽管支架內細菌生物膜；https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202201888
[2] Sci. Adv., 2022, 8(40): eabq8573：港中大開發“磁控螺旋微機器人”治療中耳炎患者中耳導管菌膜感染；https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq8573
[3] Sci. Rob, 6(52), eabd2813：微型機器人和傳統機器人結合實現體內狹小腔道的快速高精度遞送；https://www.science.org/doi/full/10.1126/scirobotics.abd2813
香港中文大學張立教授團隊主頁：http://www.cuhklizhanggroup.com/
