综述：可生物降解的无线技术植入式电子设备在实时临床应用中的进展

　　本综述系统阐述了可生物降解植入式电子器件与无线技术（如射频通信（RF）、电感耦合（LC）谐振器、超声波介导链接等）的前沿融合，重点介绍了其在神经记录与刺激、心脏节律调控、胃肠泄漏检测及免疫应答追踪等临床场景中的革命性应用。通过涵盖生物可吸收材料（如Mg、Zn、Si、PLGA）、无线供能策略（如感应耦合、超声能量传输、瞬态电池）及集成系统设计，为短期治疗与诊断需求提供了关键理论与技术基础。

　　

材料与无线集成策略

可生物降解电子器件的无线集成对材料选择提出独特要求。不同于传统植入式电子设备，瞬态系统需确保生物降解性、生物相容性，并与射频（RF）、声学和光学信号传播兼容。无机材料如镁（Mg）、锌（Zn）、铁（Fe）等高电导率金属适用于射频和电感组件，但其降解往往快速且非线性，可能导致电路功能早期失谐。单晶硅（Si）作为最广泛研究的瞬态半导体，其在水环境中的降解通过表面限制性水解实现，通常在37°C磷酸盐缓冲盐水（PBS）中以2.9–5 nm/天的速率线性溶解。过渡金属二硫属化物（TMDs），如二硫化钼（MoS₂）和二硫化钨（WS₂），通过氧化水解降解，其速率受晶体相影响，1T相比2H相降解更快。介电材料如二氧化硅（SiO₂）和氮化硅（Si₃N₄）在电容接口和共振LC电路中充当绝缘体，SiO₂通过表面限制性水解成硅酸（Si(OH)₄）提供可预测的溶解行为。有机材料包括合成聚合物如聚酐（PA）、聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）、聚己内酯（PCL）和聚左旋乳酸（PLLA），以及天然聚合物如胶原蛋白、纤维素和丝素，它们通过水解或酶催化裂解降解，作为基底和封装层，直接影响机械完整性、降解行为和无线信号传输。

无线通信系统

无线通信对于可生物降解植入物的临床效用扩展至关重要，尤其是在电源有限和小型化需求带来重大设计挑战的瞬态植入物中。近场通信（NFC）因其低功耗、紧凑的硬件要求和无电池操作而被广泛探索。例如，一个用于颅内压力和温度监测的可植入NFC设备由可生物降解的Mg天线线圈和基于硅纳米膜（SiNM）的传感器组成，通过生物组织实现了高达25 mm的稳定通信。蓝牙低功耗（BLE）支持更高的数据吞吐量和更长的通信距离，但需要主动供电的收发器，通常通过将BLE电路放置在皮肤上或外部，并通过瞬态互连连接到植入的可生物降解传感器来实现。LC谐振器遥测提供了一种被动、无芯片、无电池的解决方案，用于可生物降解植入物中的无线通信。LC系统利用被动共振传感原理，生理变化如压力、体积或温度影响电感（L）或电容（C），导致共振频率（f₀）偏移。超声波通信已成为射频遥测的一个有吸引力的替代方案，特别适用于深部组织放置的可生物降解植入物。与电磁波不同，超声波在生物介质中传播高效，在水丰富的组织中提供减少的衰减和散射。

无线电源

传统的植入物长期依赖锂基电池，但其刚性包装、长期生物相容性问题和有限寿命通常需要手术取出，这与可生物降解系统的核心目标相矛盾。电感功率传输（IPT）通过在外发射器（Tx）线圈和植入接收器（Rx）线圈之间建立磁耦合，为瞬态植入系统实现无电池操作提供了一种有前景的方法。电容功率传输（CPT）依赖于两个电极对之间的电场耦合，为瞬态生物医学植入物提供可行的无线能量传输策略。超声波功率传输（UPT）利用外部超声波传感器发射高频声波，通常介于200 kHz和1.2 MHz之间，这些波通过组织传播，并被植入的压电接收器转换为电能。光子功率传输通过光伏（PV）能量收集实现，通过外部光源如激光或发光二极管（LED）照射半导体基PV电池，将入射光转换为电能。电化学电池为可生物降解电子系统提供可靠和自主的电源，实现不受外部对齐或连续无线输入依赖的无线操作。

神经系统应用

大脑呈现独特的解剖和生理障碍，挑战植入式电子系统的发展。头骨提供机械保护并限制电磁信号传输，而血脑屏障（BBB）严格调节分子进入脑实质的通道，使药物输送和传感器访问复杂化。可生物降解的神经植入物已成为一个变革性平台，能够通过直接植入神经组织绕过头骨和BBB。这些系统实现高分辨率时空数据采集、闭环神经调节和局部治疗干预，无需设备取出。在神经系统疾病中，癫痫由于反复、不可预测的发作而受到特别关注。药物耐药性病例通常唯一治疗是切除癫痫发生区，需要在1-3周内进行高保真度临时监测以评估残留活动并优化结果。除了电生理监测，可生物降解的神经系统也已被开发用于追踪物理参数，如颅内压力（ICP），特别是用于创伤性脑损伤的急性管理在关键的初始5天期内。

心血管系统应用

植入式起搏器在心脏节律障碍的管理中扮演重要角色。虽然永久系统广泛用于慢性心动过缓，但临时起搏，通常限制在两周内，在急性或术后设置中仍然不可或缺，如心脏手术后或介入 procedures。然而，传统系统依赖血管内导联，增加感染风险，引起机械不稳定，并通常需要手术取出。无线、可生物降解的起搏器为临时心脏支持提供了一个更安全、更少侵入的替代方案。一个完全可植入、无电池、可生物降解的起搏器已被开发用于提供术后心脏起搏。该系统采用双层W涂层Mg线圈天线用于射频能量收集，SiNM PIN二极管用于信号整流，和W/Mg电极条传递刺激脉冲。整个电路被封装在PLGA介电层中，并使用坎德里拉蜡和W微粒的复合材料用于临时电导率。该设备被直接缝合到心肌上，通过5 MHz的磁耦合实现无线功率传输。

消化系统应用

在消化道重建中，吻合口漏仍然是术后并发症的主要原因，通常在全身症状出现前未被检测到。鉴于胃液的高酸度，胃pH作为泄漏早期检测的一个实用指标。早期吻合口漏通常发生在手术后的前7天内，而放射学和内镜技术由于程序侵入性和低时间分辨率不适合连续监测。为了解决这个问题，一个可生物降解的无线pH传感器被开发出来，基于由聚[2-（二异丙氨基）乙基甲基丙烯酸酯]-聚（乙二醇）二丙烯酸酯（PDPAEMA-PEGDA）组成的水凝胶，功能化具有pH敏感叔胺基团。除了传感，治疗支持通过一个可生物降解的电子手术网（BESM）展示，设计用于加强腹壁缺陷，同时提供压力监测和抗菌药物输送。

免疫系统应用

无线可生物降解电子正在成为实时免疫监测和调节的一个有前景的平台，特别是在手术恢复和局部炎症反应的背景下。术后免疫反应的特点是由炎症、组织灌注和细胞代谢的空间和时间调节级联。这种平衡的破坏可能导致并发症，如慢性炎症、组织坏死或延迟愈合。在这种背景下，瞬态电子平台提供了一个机会，通过实现局部、无线监测与在恢复期后安全原位溶解的材料，绕过传统植入物的限制。

无线可生物降解药物输送系统

无线和可生物降解的药物输送系统代表了局部和时间控制治疗干预的关键进步，特别适用于术后护理、神经系统疾病和急性炎症反应。传统的可生物降解系统依赖储库基平台，其中释放动力学由聚合物封装剂的被动降解控制。然而，这些系统受限于其缺乏时间精度和无法响应动态变化的生理需求。为了解决这些限制，外部触发的可生物降解系统已被开发，提供使用无线或光基刺激对药物释放的主动控制。这些平台集成瞬态执行器或电路，响应外部能源，如射频、磁场或近红外光，以启动按需输送。这些策略增强了空间时间分辨率，并实现了个性化治疗计划，同时保持完全生物可吸收性。