2026 年 1 月 7 日，中國科學院力學所蘇業旺研究員團隊與清華大學生物力學所李爽博士和香港城市大學于欣格教授合作提出了一種柔性、可降解的無線傳感平臺，該平臺可在遠距離（例如 16 cm）下監測多種生理信號，并在大范圍的測量距離和角度下均能保持信號準確性（圖 1）。

現有的體內臨床數據獲取方法，如磁共振成像（MRI）、計算機斷層掃描（CT）、正電子發射斷層掃描（PET）和超聲成像，對于診斷腫瘤、心腦血管疾病及骨科疾病等多種病癥至關重要。然而，這些手段主要獲取解剖圖像、代謝活動及間接計算的數據，信息類型范圍有限。植入式器件的出現提供了新的可能性，使得原位監測壓力、溫度、pH 值等成為現實。這些器件大多依賴于芯片、強磁體、電池及其他不可降解的組件，帶來了二次手術傷害的風險。

近年來報道的可生物降解植入物顯示出解決這一問題的潛力，它們利用無源電感-電容（LC）諧振電路來簡化電路以避免不可降解的組件。LC 電路將生理參數轉換為諧振頻率的變化，可通過非諧振電感耦合讀取器（即標準讀取系統）進行測量，然而需要很近的讀取距離（通常小于 3 厘米）。宇稱-時間（PT）對稱和高階 PT 對稱的讀取系統可通過頻率分岔增加讀取距離，但此類技術高度依賴于傳感器與讀取器之間距離和角度的嚴格控制，以確保標定關系保持不變，而這在臨床環境中更難實現。

圖 1. 柔性可降解無線傳感平臺及其信號示意。（a）柔性可降解無線傳感平臺的工作場景；（b）讀取器和傳感器的電路與結構；（c）標準系統和本系統的信號對比

本工作的核心創新在于設計了「極點移動掃描」的讀取系統（圖 2），其動力學特性與上述在頻率掃描過程中極點保持固定的傳統系統本質不同，所需耦合率可低至 10 的-5 次方量級（較標準系統降低 1-2 個量級），突破了當前無源無線傳感技術中存在的讀取距離與魯棒性兩大瓶頸。

圖 2. 無線傳感平臺的讀取系統設計。（a）用耦合模理論描述的系統；（b-g）不同系統的零點-極點圖和讀取信號對比。

此外，力學-電磁學協同的一體式折疊結構設計解決了在保持柔性與可降解性的同時實現高性能電磁功能的難題（圖 3）。在馬腹腔內進行的體內實驗可靠地捕獲了深層組織的壓力和溫度變化，而無需嚴格位置控制，展現了該平臺在難以精確定位深部組織傳感器的實際臨床環境中的顯著優勢。該平臺有望作為現代醫學影像技術的一種有效補充，可應用于腹內高壓重癥監護、心臟搭橋術后監測、腦疾病重癥監護等多種醫療場景。

圖 3. 無線傳感平臺中傳感器的一體式折疊結構設計。

論文的第一作者為力學所博士生藍昱群。通訊作者為力學所蘇業旺研究員、香港城市大學于欣格教授和清華大學生物力學與醫學工程研究所李爽博士。中國科學院動物所顧奇研究員和博士生郭海濤、中國農業大學李靖教授和朱怡平副教授等、中國科學院理化所吳雨辰研究員和李輝博士、中國科學技術大學高寒飛研究員、以及力學所劉沁園等多位博士生參與了該工作。該工作得到了國家自然科學基金委、中國科學院從 0 到 1 原始創新計劃和中國科學院交叉學科創新團隊等項目的支持。

原文鏈接：

https://doi.org/10.1038/s41586-025-09874-3

審核編輯 黃宇