首都医科大学申鑫宇团队CRPS：给膀胱穿上E-harness安全背心 | Cell Press论文速递

研究亮点：

成果简介

下尿路功能障碍患者通常无法感知尿量，可植入传感器用于监测膀胱尿量。将传感器固定到膀胱需要缝合或使用对膀胱有侵入性的合成粘合剂。受通过绑带与身体结合的安全带/安全背心的启发，我们提出了用于尿量监测的膀胱电子线束 (E-harness)。E-harness 是一种不粘的二维结构，可以缠绕在膀胱周围而不会伤害膀胱。它也足够柔软，在膀胱膨胀时不会对膀胱施加额外的压力。E-harness 集成了软应变传感器和无线系统，可以贴合膀胱，可以高精度（约 0.16 毫升）测量膀胱液体量，并且 1 个月内不会脱落。E-harness 的尺寸易于调节，可用于小鼠等小动物和猪等大型动物。

E-harness系统的设计

猪膀胱呈近似椭圆体形。大多数传感器无法在不使用缝合线或粘合剂的情况下固定在膀胱上。为了防止缝合线对膀胱造成物理损伤和形成组织粘连，我们采用了几何保形方法将传感器包裹在膀胱外表面。受安全带的启发，安全带可以通过绑带牢固地固定在物体上，我们将2个应变传感器和液态金属线嵌入安全带结构的不同绑带中，以便传感器可以牢固地覆盖膀胱并监测变形，如图1A所示。

E-harness系统测量验证

为了验证E-harness能直接准确地读取膀胱液量，我们对猪膀胱进行了实际测量。将E-harness通过天线连接到处理电路，组成E-harness系统（图2 A），将横向应变传感器电阻与体外膀胱液量之间的线性关系写入微控制器。主机手机靠近天线，以便通过NFC应用程序直接读取膀胱液量（图2 B）。当膀胱未满（<150 mL）时，无需发出警报。仅需在膀胱液量为150–250 mL时进行监测和警告。因此，向膀胱中随机注入150–250 mL生理盐水，通过手机的NFC应用程序直接读取并记录膀胱液量，共测量50次。测量的最大绝对误差为4.86 mL，测量范围为100 mL（150–250 mL）。那么，准确度等级为4.86％，比以前的工作53、54、55提高了2–6倍，达到了国家工业仪器仪表5.0级水平。在这些测试中，E-harness不会滑落；说明膀胱被牢固地包裹着。背带结构确保了E-harness的稳定性。

总结

我们开发了一种E-harness，它可以紧密包裹在不规则的膀胱表面，而不会脱落。使用E-harness系统可以通过NFC直接无线读取膀胱尿量。超薄的厚度和优异的弹性使其能够完全贴合膀胱表面，对膀胱的限制很小。用背带结构覆盖膀胱不会像缝合那样对膀胱造成物理损伤，并且在1个月的植入过程中背带不会滑落。2D E-harness薄膜的带子缠绕在膀胱周围，然后对应连接，形成牢固覆盖膀胱的3D E-harness结构。同时，我们只需要使用简单廉价的2D制备技术，而不需要复杂昂贵的3D制备技术。由于2D制备平台的尺寸不受限制，E-harness的尺寸可大可小，具有良好的通用适用性，可以根据用户膀胱大小进行定制，有助于在临床应用中为患者个性化设计。