让超声波穿透颅骨治疗疾病，新型植入材料是关键！

导读

最近，来自美国加州大学河滨分校的一组科研人员开发出一种陶瓷材料制成的颅骨植入物，帮助医生将超声波送进大脑，更好地利用超声波治疗脑部疾病。

关键字

材料、超声波、医疗

背景

我们的耳朵每天都会听到各种各样、纷繁复杂的声音，这些声音都是来自声源的振动，然后以声波的形式在空气等介质中传播。人耳可以听到的声波频率范围在20赫兹~20K赫兹，而我们将频率高于20K赫兹的声波称为“超声波”。

超声波方向性好，穿透能力强，能量集中，在水中的传输距离远，可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等等，在医学、军事、工业、农业上都有非常多的应用。例如，笔者之前在《新型激光医疗设备：与超声波技术相结合，更加安全！》和《超声波技术让你的手掌变成显示屏》两篇文章中都介绍过超声波的一些应用。

我们今天要介绍的创新发明，与超声波在医学方面的应用相关。超声波可治疗一系列的脑部疾病包括阿尔茨海默病和帕金森病。超声波也可以用于杀死癌细胞、在中风期间溶解血凝块，以及打开血脑屏障增强药物输送。特别是对于神经系统疾病和癌症来说，超声波脑部手术治疗极具有潜力和前景。

然而，让声波穿过颅骨进入大脑并不是一个简单的任务。人类颅骨，也称为“头盖骨”，厚度在2毫米到8毫米之间，密度较高。所以大多数声波都会在进入大脑之前被发射或者吸收。

创新

对于应对这个问题，来自美国加州大学河滨分校（UCR）的一组科研人员开发出一种陶瓷的颅骨植入物，帮助医生将超声波送进大脑，更好地利用超声波治疗脑部疾病。

这种植入物由一种透明的陶瓷材料制成，它可以替代头盖骨的一小部分，让超声波可以更简单且有针对性的传输进大脑。这种陶瓷材料是“氧化钇稳定的氧化锆”（YSZ）材料的一种新形式，它是无孔的，有利于非定域的低强度超声波通过。

（图片来源于：UCR）

一篇题为 "Novel Cranial Implants of Yttria Stabilized Zirconia as Acoustic Window for Ultrasonic Brain Therapy,"《新型“氧化钇稳定的氧化锆”的颅骨植入物作为超声波脑部治疗的声窗》的论文对该研究进行了描述，它于8月2日发表在《新型保健材料》杂志。

UCR 伯恩斯工程学院的教授和主席 Guillermo Aguilar 和加州大学圣迭戈分校的雅各布工程学院机械与航天工程教授 Javier E. Garay，带领墨西哥城市的Centro de Investigación y de Estudios Avanzados （CINVESTAV）del Instituto Politécnico Nacional （IPN）的研究人员展开这一项目。近期发表的论文扩充了UCR的国际跨学科的“脑窗口”《Window to the Brain》项目，它是加州大学圣迭戈分校和墨西哥的三个科研机构的合作项目。UCR技术商业化办公室已经为这一发明申请了专利。

技术

陶瓷材料是非常适合于医疗应用，因为这种材料具有生物相容性、极其坚硬、可防破裂，是制成植入物的理想选择。之前，团队为激光疗法开发过一种YSZ 颅骨植入物材料，已经用于临床前实验。

（图片来源于：UCR）

而现在的材料不仅适用于激光疗法，也适用于超声波疗法。

（图片来源于：UCR）

价值

Aguilar 说：

“这些材料已经用于在牙冠和髋关节置换，我们团队正致力于拓展这些材料的应用，用于诊断和治疗一系列的脑部疾病和神经系统疾病。在开发光学和射频的透明颅骨植入物方面，我们已经取得了激动人心的成就，我们将继续努力把这种植入物变为现实。现在研究人员已经证明，可通过植入物传输的超声波能够进一步扩大治疗能力。”

加州大学圣迭戈分校的Garay，之前也是UCR材料科学和工程项目的负责人，他认为这项研究发现将拓展氧化锆的应用，这种材料也被称为：“陶瓷钢铁”，因为它具有多功能性。Garay 说：

“值得感恩的重点就是，我们开发的氧化锆很适合这一应用，因为我们将它设计为低孔隙率的。孔隙率，是用传统方法制造陶瓷所产生的一个明显的缺陷，正如我们论文里所论述的，它显著恶化了超声波的传输。”

参考资料

【1】https://ucrtoday.ucr.edu/48277

【2】Mario I. Gutierrez, Elias H. Penilla, Lorenzo Leija, Arturo Vera, Javier E. Garay, Guillermo Aguilar. Novel Cranial Implants of Yttria-Stabilized Zirconia as Acoustic Windows for Ultrasonic Brain Therapy. Advanced Healthcare Materials, 2017; 1700214 DOI: 10.1002/adhm.201700214

---

如果您想了解更多的前沿技术文章，直接点击“阅读原文”。需要进行深入咨询和交流的朋友，请联系微信：JohnZh1984。