5月22日，华中科技大学集成电路学院臧剑锋、唐瀚川团队在《Science Advances》上发表了题为“Bandgap-enabled ultrasound tissue marking by a biodegradable metastructured hydrogel implant”的研究论文，提出了一种全水凝胶、可降解、可经18G穿刺针注射的超声组织标记物。我院臧剑锋教授、唐瀚川副教授为通讯作者。我院2023级博士生潘章琪为第一作者。华中科技大学集成电路学院为第一完成单位。
全球每年有超过200万女性被确诊为乳腺癌，这是女性发病率最高的恶性肿瘤。在乳腺癌的诊疗过程中，活检后进行组织标记是多项国际指南推荐的标准流程，医生需要在病灶部位植入一个标记物，以便后续随访和手术时能够使用影像学手段准确定位。
本工作提出一种具有“超声指纹”的组织标记物。团队在水凝胶中填充空气柱微腔阵列得到超结构水凝胶（超凝胶），通过设计几何参数调控声学带隙，使得这些微腔如同一组“微型音叉”，当超声波照射时，每一组微腔都会在相应扫描线上反射出特定频率的回波。在成像端，研究团队开发了频谱超声成像技术：通过对感兴趣区域进行线扫描，获取时域回波信号，经过快速傅里叶变换后提取频率特征，最后将频率映射为颜色，叠加在常规B超图像上。如此一来，超凝胶标记物以特征色块的形式清晰呈现，医生可以直观定位，不再依赖经验判断。
在保证辨识性的同时，团队将标记物尺寸做到了仅1.5×1×1 mm³，能够通过临床常用的18G穿刺针直接植入，大幅降低了对患者的创伤。多个标记物可被设计具有独一无二的“超声指纹”，实现多病灶的可区分性标记。
图1 概念示意图
研究团队通过在猪体内进行为期6周的植入实验，标记物被成功植入真实乳腺组织，在超声引导下定位清晰。即使在存在大量高回声组织的背景干扰下，特征颜色依然能够从B超图像中脱颖而出，与高回声干扰形成鲜明对比。五秒内的连续监测显示，标记物的频率指纹在呼吸、心跳等生理扰动下保持相对稳定，满足临床随访的使用需求。
图2 动物实验验证结果
该工作不仅突破了乳腺组织标记领域一直未能实现的目标——提出一种完全柔性、完全可降解、且具有强辨识性的组织标记物，为乳腺癌的精准诊断与治疗提供了全新的解决方案；也为无创的早期病理识别和个性化健康管理提供全新的技术路径。未来该技术有望被用于精确追踪病灶区域的细微形态学演变，通过分析与微环境相互作用下的“动态指纹”，实现更多生理参数的可视化监测。
该研究工作得到国家重点研发项目、国家自然科学基金原创探索计划项目、面上项目，中国科协青年人才托举工程，华中科技大学交叉研究项目，太湖创新基金的资助支持。
