Гибкий сенсор, интегрированный непосредственно на катетер при помощи цилиндрической проекционной литографии, для непрерывного внутрисосудистого мониторинга артериального давления

Почему важно наблюдать артериальное давление изнутри

Высокое артериальное давление тихо повреждает сосуды и органы, однако врачи по-прежнему в основном полагаются на периодические измерения с манжетой или громоздкие больничные установки. В этой работе описан новый метод непрерывного наблюдения давления изнутри артерии с помощью тончайшего гибкого сенсора, сформированного прямо на медицинском катетере. Для пациентов, проходящих кардиологические или нейрохирургические вмешательства, а также для тех, кто нуждается в тщательном наблюдении в отделении интенсивной терапии, такой крошечный, но точный сенсор может сделать отслеживание давления безопаснее, комфортнее и информативнее.

От трубок с жидкостью к умным вшитым катетерам

Современный клинический «золотой стандарт» для непрерывного измерения давления использует длинные трубки, заполненные жидкостью, соединённые с внешним пьезоэлектрическим или аналогичным датчиком. Хотя эти системы точны, они могут искажать истинную форму волны давления, повышать риск инфекции и ограничивать подвижность пациента. Ранние поколения миниатюрных кремниевых чипов, установленных на конце катетера или сбоку трубки, улучшили качество сигнала, но внесли новые компромиссы: аппаратная часть увеличивала габариты, проводка и герметизация нарушали гладкий профиль катетера, а дальнейшее уменьшение чипов делало их хрупкими и менее чувствительными. Авторы этого исследования решают эти проблемы, отказавшись от идеи приклеивать отдельный сенсор к катетеру и вместо этого фабрикуя сенсор прямо на внешней поверхности катетера.

Тонкая гибкая «кожа», ощущающая давление

Ядром нового устройства, названного катетерным интервенционным датчиком давления (CIPS), является кольцо из крошечных чувствительных элементов, которое охватывает катетер подобно гибкой электронной коже. Каждый элемент сочетает мелкие круговые впадины, вырезанные в стенке катетера, и подвешенный «сэндвич» материалов над ними. Этот сэндвич состоит из листа графена — одноатомного слоя углерода, известного своей прочностью и электрической чувствительностью — в сочетании с двумя очень мягкими слоями силикона. Когда вокруг катетера повышается кровяное давление, эта структура слегка прогибается в впадины. Сопротивление графена меняется при изгибе, превращая механический импульс кровотока в электрический сигнал, который можно считывать внешней электроникой.

Умрая проводка и герметизация для более чистых сигналов

Чтобы превратить эту деликатную структуру в практический медицинский инструмент, исследователи решили две ключевые задачи: как собрать чистые сигналы и как обеспечить надёжную работу сенсора в жидкой среде. Они добавили гребенчатые металлические «пальцы», называемые межцифровыми электродами, под чувствительной областью, чтобы создать множество параллельных электрических путей. Это снижает базовое сопротивление, что в свою очередь ускоряет отклик сенсора, повышает чувствительность и уменьшает электронный шум. Одновременно они инкапсулировали sensing-слой двумя ультратонкими покрытиями медицинского силикона. Первое поддерживает хрупкий графен в процессе производства; второе запечатывает микроскопические газовые каналы, которые в противном случае вызывали бы дрейф показаний давления. В совокупности эти решения позволяют сенсору реагировать быстрее чем за 0,4 секунды, фиксировать широкий диапазон давлений — от низких до значительно превышающих нормальные артериальные значения — и различать изменения на уровне нескольких миллиметров ртутного столба.

Инженерия, рассчитанная на изгибы и повороты тела

Устройство изготовлено с использованием процесса цилиндрической проекционной литографии, который позволяет шаблонировать электронику по всему периметру тонкой трубки диаметром всего в несколько сотен микрометров — тоньше миллиметра. Вырезая полости в стенке катетера вместо наращивания дополнительных слоёв сверху, команда сохраняет тонкий профиль, добавляя лишь около 15 микрометров толщины. Это сохраняет внутренний канал катетера полностью открытым для стандартных задач, таких как доставка лекарств или света для визуализации. Испытания показывают, что выходной сигнал сенсора остаётся стабильным при прямом и изогнутом катетере, и что он выдерживает множество циклов давления без усталости. Та же стратегия изготовления работает для катетеров разных диаметров, что позволяет предположить возможность адаптации к различным интервенционным инструментам.

От лабораторного стола к живым артериям

Подтвердив работу в воздухе, исследователи погрузили катетер в воду, чтобы имитировать условия внутри сосудов. Сенсор продолжал линейно отслеживать изменения давления, хотя с несколько сниженной чувствительностью из‑за практически несжимаемой природы жидкостей. Решающее испытание прошло на живых крысах: команда ввела CIPS в брюшную аорту через стандартную устанавливаемую иглу и зафиксировала ритмические пульсовые колебания давления, вызванные сердцебиением животного. Устройство давало чёткие, повторяемые сигналы в течение многих циклов, что стало первой демонстрацией работы подвешенного графенового датчика давления внутри живого сосуда. Хотя для длительных имплантатов потребуются дополнительные поверхностные обработки для противодействия отложениям белков и тромбообразованию, эти эксперименты показывают биологическую и механическую жизнеспособность концепции.

Что это значит для будущей помощи пациентам

Проще говоря, авторы превратили обычный катетер в умный ультратонкий зонд давления, обернув его кожей из графеновых сенсоров и запечатав в мягкие, совместимые с телом материалы. В результате получен инструмент, который может находиться внутри артерии, повторять её естественные изгибы и в реальном времени сообщать подробные изменения артериального давления без громоздких внешних трубок. В случае перевода в клинику эта технология может привести к более точному и менее инвазивному мониторингу во время операций и в отделениях интенсивной терапии, а также открыть путь к катетерам, объединяющим несколько функций измерения и лечения на одной миниатюрной платформе.

Цитирование: Ye, F., Hou, J., Li, X. et al. A cylindrical projection lithography-fabricated flexible on-catheter in situ integrated sensor for continuous in-artery blood pressure monitoring. Microsyst Nanoeng 12, 126 (2026). https://doi.org/10.1038/s41378-026-01242-z

Ключевые слова: внутрисосудистый мониторинг артериального давления, давлениесенсор на основе графена, гибкий сенсор на катетер, микроэлектромеханические системы, непрерывный гемодинамический мониторинг