《Scientific Reports》：Investigation on the cutting-infiltration integrated strategy based on medical waterjet for targeted drug delivery
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为解决手术中切割与麻醉分步操作可能导致的精度不足和机械损伤问题，研究人员开展了基于医用射流的切割-浸润一体化策略研究。该研究构建了集成平台，系统评估了射流参数对切割与药物扩散的影响。结果表明，该技术能显著减少组织损伤，并揭示了“切割引导扩散”的新机制，为多功能微创手术器械的开发奠定了基础。
在外科手术领域，精准与微创是永恒的追求。传统手术往往需要多种器械配合，例如先用手术刀进行切割，再通过注射等方式进行局部麻醉或给药。这种分步操作不仅可能延长手术时间，更关键的是，器械的切换和机械性的切割动作本身就可能对周围健康组织造成不必要的损伤，影响患者术后恢复。有没有可能将切割与麻醉/给药这两个关键步骤合二为一，用一把“刀”同时完成呢？这听起来像是科幻场景，但正是这项研究所要攻克的核心难题。
研究人员将目光投向了水射流技术。作为一种利用高速流体进行切割的工具，水射刀（Waterjet）已在一些外科手术中展现出创伤小、精度高的潜力。那么，能否让这把“水刀”在切割的同时，携带并释放麻醉药物，实现精准的“切割到哪里，麻醉到哪里”？为了验证这一极具前景的构想，研究团队在流体动力学原理基础上，开发了一套创新的集成水射流系统实验平台，旨在协同实现组织解剖与局部药物递送。他们的研究成果最终发表在《Scientific Reports》期刊上。
为了开展这项研究，作者主要运用了以下几项关键技术方法：首先，搭建了基于流体动力学原理的、可实现同步切割与麻醉的专用实验平台。其次，通过切割-扩散实验、组织表面形态学分析，系统评估了技术性能。最后，也是本研究的一大亮点，是采用了光声成像（Photoacoustic Imaging）技术，对麻醉剂在组织内的空间扩散轨迹进行了无损、实时的可视化追踪与量化分析。
研究结果
射流参数与切割/扩散性能的非线性正相关关系
研究首先系统探究了水射流参数——即喷射压力与喷嘴直径——对组织切割深度和麻醉剂扩散距离的影响。结果表明，无论是对于肌肉组织还是脂肪组织，切割深度和扩散距离均与射流参数呈非线性正相关。这意味着通过调节压力和喷嘴尺寸，可以主动控制手术的切割范围和药物作用区域。
针对不同组织类型的最佳参数
研究发现了“一刀不能切所有组织”的精细规律。对于肌肉组织，实现最佳性能（兼顾有效切割与可控扩散）的参数是4 MPa的喷射压力配合0.2 mm的喷嘴直径；而对于脂肪组织，则需要更高的8 MPa压力配合相同的0.2 mm喷嘴。这一发现强调了在未来临床应用中，根据手术部位组织特性进行参数个性化设置的重要性。
相较于传统手术刀的组织损伤对比
与水射流技术的“温柔一刀”相比，传统手术刀切除术显得更为“粗暴”。形态学分析提供了直观证据：与传统方式相比，水射流技术将组织纤维断裂减少了51%，受损面积减少了35%，并且保留了最多39.45 μm的功能性组织结构。这有力证明了水射流技术在实现切割目的的同时，能最大程度地保护周围健康组织，符合微创外科的理念。
光声成像揭示的“切割引导扩散”机制
光声成像的动态追踪揭开了麻醉剂在组织内扩散的神秘面纱。研究发现，麻醉剂的扩散并非单调进行，其最大扩散距离恰好出现在紧邻切割深度的区域（达到18.31 ± 2 mm）。这一空间上的强关联性证实了研究中提出的“切割引导扩散”机制。简单来说，水射流在切割过程中形成的微通道或流体动力学环境，为紧随其后的麻醉剂分子提供了一条“优先路径”，引导其精准地浸润至切割前沿，实现了“手术未到，麻醉先行”的精准效果。
结论与讨论
本研究成功提出并验证了一种基于医用射流的“切割-浸润”一体化策略。它并非简单地将两种功能机械叠加，而是通过精密的流体系统设计，实现了组织切割与靶向药物递送的真正协同。核心结论在于：第一，该集成策略在技术上是可行的，且可通过调节射流参数适应不同组织；第二，该策略能显著降低手术引起的机械性组织损伤，保护重要组织结构；第三，也是最关键的，研究首次通过先进成像技术直观揭示了“切割引导扩散”这一物理机制，为理解水射流辅助给药过程提供了理论基础。
这项研究的意义远超一项技术优化。它建立了一个“器械-药物协同”的外科手术基础框架，将手术器械从被动的执行工具，转变为能主动调控局部微环境、实现精准治疗的智能平台。这为开发下一代多功能、智能化微创手术技术指明了方向，未来不仅可用于局部麻醉，还可能拓展至靶向递送化疗药物、生长因子或基因治疗载体等领域，最终让外科手术变得更加精准、安全、高效。
