目前，手术仍是治疗实体瘤的主要选择，超过60%的患者接受手术治疗。然而，术中完全检测并清除残余肿瘤细胞仍是重大的临床挑战，导致30%～40%的患者术后复发。骨肉瘤是一种位于深部组织的恶性原发性骨肿瘤，存在手术切除后转移和复发风险高等问题，患者5年生存率仅为20%～30%。此外，由于术中伤口暴露和免疫状态受损，术后感染仍是严重威胁。耐药菌感染的发生会导致住院时间延长、经济负担加重以及死亡率上升。因此，设计一种兼具抗感染和抗肿瘤的策略尤为重要。近年来，柔性光子器件的发展提高了医疗治疗的便利性和适用性。然而，由于光的组织穿透深度有限，基于经皮模式的可穿戴器件的光子能量无法传递到更深的病变部位。同时，使用电池和有线连接的电源耐用性和安全性方面仍存在一些挑战。

近期，西北工业大学柔性电子研究院李鹏教授和贾庆岩副教授设计一种可植入、柔性、无线光动力器件用于深部组织术后耐药菌感染和肿瘤复发治疗。该生物光子器件具有重量轻（16 mg）、厚度薄（160 μm）和柔韧性等特点，能够将可控的光能传递至深部病灶。体外和体内研究均表明，器件高效激发光敏剂产生活性氧，消除耐药细菌和生物被膜，并抑制骨肉瘤细胞的生长。新型无线、柔性且完全可植入光子器件有效缓解传统医疗资源压力，集微创化、可靠化、精准化于一体。该研究成果以“Implantable, flexible biophotonic device for wirelessphotodynamic therapy of postoperative infection and tumor recurrence”为题发表在《Device》。

光动力治疗系统由无线驱动模块和柔性可植入光子器件组成。其中，无线驱动模块包括：信号发生器、功率放大器和发射线圈；柔性可植入器件包括：接收线圈，谐振电路，倍压整流电路和激发光源等。在无线电磁场的驱动下，柔性光子器件成功实现绿色荧光发射。此外，将激发光源拉伸一段距离后，器件仍保持稳定的发光特性。光子器件具有轻薄、柔软和可拉伸的特点，激发光源可拉伸约2 cm的距离，并且可以根据临床实际需求设计任意长度的走线距离，使其适用于生物医学工程领域的广泛应用。

图1. 柔性光子器件用于骨感染及骨肉瘤治疗

光子器件在设定电磁场环境的不同强度、不同位置、不同角度等条件下均可实现稳定的光线发射，有利于高效治疗。此外，通过简易的外科手术操作便可将器件植入于小鼠腿部用于后续骨感染和骨肿瘤治疗，且不会对小鼠的正常生理活动造成影响，节省医疗资源，简化治疗流程，缓解患者的精神负担。

图2. 柔性光子器件的体外植入过程

通过在胫骨骨髓腔注射MRSA，建立小鼠胫骨感染模型，并植入无线光子器件验证其抑制体内耐药菌感染效果。经器件治疗后，小鼠胫骨部位无红肿现象、无脓性分泌物渗出，且与正常小鼠胫骨结构无显著差异，证明其在体内成功抑制骨感染的发生。此外，经光动力治疗的感染组织细菌数量显著减少约2个数量级，表明其对MRSA骨感染有效的清除效果。

图3. 体内抗骨感染研究

通过143B细胞建立裸鼠胫骨骨肉瘤模型。肿瘤持续生长约15天后，尺寸达到80~100 mm³，证明骨肉瘤模型成功建立，随后植入光子器件进行光动力治疗。经无线供能光子器件的治疗后，骨肉瘤的增殖速度得到明显的抑制且肿瘤体积无显著上升趋势，证明可植入光子器件在活体水平优异的光动力治疗骨肉瘤效果。

图4. 体内抗骨肉瘤研究

综上，本文构建了一种柔性可植入光子器件用于深层组织的无线光动力治疗。该器件具有小尺寸、轻薄和柔性等特性，便于植入体内病灶部位。此外，可植入光子器件显示了良好的密封性及长期稳定的发光特性，避免了对体内组织环境的影响。采用胫骨骨感染和骨肉瘤动物模型验证了柔性可植入光子器件在体内有效抑制细菌滋生和肿瘤生长。该器件有效提高了患者的活动自由度，缓解传统医疗资源的压力，推动了家用医疗的创新发展。

西北工业大学李鹏教授和贾庆岩副教授为该论文的共同通讯作者，博士研究生张建红为本论文的第一作者。本研究受到国家自然科学基金和陕西省杰出青年科学基金等项目资助。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666998625000675

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