Petromyzontidae-仿生多模式微针-用于治疗诊断内窥镜手术的集成生物电子导管,Advanced Functional Materials

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Petromyzontidae-仿生多模式微针-用于治疗诊断内窥镜手术的集成生物电子导管
Advanced Functional Materials ( IF 18.5 ) Pub Date : 2023-01-22 , DOI: 10.1002/adfm.202214485
Shuang Huang ₁ , Mengyi He ₁ , Chuanjie Yao ₁ , Xinshuo Huang ₁ , Deyuan Ma ₁ , Qiqi Huang ₁ , Jingbo Yang ₁ , Fanmao Liu ₂ , Xingqiao Wen ₃ , Ji Wang ₂ , Huijiuan Chen ₁ , Xi Xie _{1,

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目前微创手术中的导管装置仍然具有有限的功能选择，缺乏传感和治疗的多模式集成。导管装置通常在组织外操作，无法检测组织内的生化信息以在手术过程中准确定位和评估病变。受 Petromyzontidae 的特征和功能的启发，这里开发了一种用于内窥镜手术中组织穿透治疗诊断的多模态核壳微针集成生物电子导管 (MNIBC)。微针 (MN) 装置在单个 MN 尖端分辨率下具有可单独寻址的功能，可实现多重功能（共有 11 种功能分布在三种类型的导管中），包括生化传感、肌电调制、电穿孔、和粘膜下环境中的药物输送。MNIBC 通过混合制造和降维策略制备，其中 MN 电极使用基于 MXene-碳纳米管 (MXene-CNT) 的电子介体进行功能化，解决了超小型 MN 尖端电极灵敏度降低的挑战。MNIBC 的功能通过腹腔镜检查、模拟膀胱镜检查和剖腹手术在麻醉兔体内和体外得到证明。MNIBC可有效检测膀胱内组织内生化信号，提供局部电穿孔和组织内给药，实现病变的精准治疗。MNIBC 的多功能功能为精确手术提供了一个非常先进的平台。其中 MN 电极使用基于 MXene-碳纳米管 (MXene-CNT) 的电子介体进行功能化，解决了超小型 MN 尖端电极灵敏度降低的挑战。MNIBC 的功能通过腹腔镜检查、模拟膀胱镜检查和剖腹手术在麻醉兔体内和体外得到证明。MNIBC可有效检测膀胱内组织内生化信号，提供局部电穿孔和组织内给药，实现病变的精准治疗。MNIBC 的多功能功能为精确手术提供了一个非常先进的平台。其中 MN 电极使用基于 MXene-碳纳米管 (MXene-CNT) 的电子介体进行功能化，解决了超小型 MN 尖端电极灵敏度降低的挑战。MNIBC 的功能通过腹腔镜检查、模拟膀胱镜检查和剖腹手术在麻醉兔体内和体外得到证明。MNIBC可有效检测膀胱内组织内生化信号，提供局部电穿孔和组织内给药，实现病变的精准治疗。MNIBC 的多功能功能为精确手术提供了一个非常先进的平台。MNIBC 的功能通过腹腔镜检查、模拟膀胱镜检查和剖腹手术在麻醉兔体内和体外得到证明。MNIBC可有效检测膀胱内组织内生化信号，提供局部电穿孔和组织内给药，实现病变的精准治疗。MNIBC 的多功能功能为精确手术提供了一个非常先进的平台。MNIBC 的功能通过腹腔镜检查、模拟膀胱镜检查和剖腹手术在麻醉兔体内和体外得到证明。MNIBC可有效检测膀胱内组织内生化信号，提供局部电穿孔和组织内给药，实现病变的精准治疗。MNIBC 的多功能功能为精确手术提供了一个非常先进的平台。

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Petromyzontidae-Biomimetic Multimodal Microneedles-Integrated Bioelectronic Catheters for Theranostic Endoscopic Surgery

Current catheter devices in minimally invasive surgery still possess limited functional options, lacking multimodal integration of both sensing and therapy. Catheter devices usually operate outside the tissue, incapable to detect intra-tissue biochemical information for accurate localization and assessment of lesions during surgery. Inspired by the feature and functions of Petromyzontidae, here a multimodal core-shell microneedles-integrated bioelectronic catheter (MNIBC) for tissue-penetrating theranostics in endoscopic surgery is developed. The microneedle (MN) device possesses individually addressable functionality at single-MN tip resolution, enabling multiplex functions (a total of 11 functions distributed in three types of catheters) including biochemical sensing, myoelectric modulation, electroporation, and drug delivery in a submucosal environment. The MNIBC is prepared through hybrid fabrication and dimensionality reduction strategies, where the MN electrodes are functionalized with an MXene-carbon nanotube (MXene-CNT)-based electron mediator, addressing the challenge of reduced electrode sensitivity on ultra-small MN tip. The functionalities of MNIBC are demonstrated both ex vivo and in vivo on anesthetized rabbits via laparoscopy, simulated cystoscopy, and laparotomy. The MNIBC can effectively detect intra-tissue biochemical signals in the bladder, and offers localized electroporation and intra-tissue drug delivery for precise treatments of lesions. The versatile features of the MNIBC present a highly advanced platform for precise surgeries.

更新日期：2023-01-22

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