6月2日，上?？萍即髮W(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院程冰冰課題組聯(lián)合哈爾濱工業(yè)大學(xué)裴延波課題組在《通訊-工程》（Communications Engineering）上發(fā)表題為“Acoustic Hologram-enabled Simultaneous Multi-Target Blood-Brain Barrier Opening (AH-SiMBO)”的研究論文，報(bào)道了一種基于聲學(xué)全息技術(shù)的無(wú)創(chuàng)腦部藥物遞送方法的開(kāi)發(fā)，首次實(shí)現(xiàn)小鼠腦內(nèi)“雙平面、多靶點(diǎn)”血腦屏障的精準(zhǔn)、安全、同步開(kāi)放，為解決腦部疾病多靶點(diǎn)同步治療難題提供了高效且經(jīng)濟(jì)的新策略（見(jiàn)圖1）。

圖1：基于聲學(xué)全息超表面的多靶點(diǎn)血腦屏障同步開(kāi)放示意圖。

血腦屏障是保護(hù)大腦的重要生理屏障，但其高度選擇性也限制了大多數(shù)藥物進(jìn)入腦組織。聚焦超聲結(jié)合微泡可以局部、瞬時(shí)地打開(kāi)血腦屏障，但傳統(tǒng)的多靶點(diǎn)聚焦超聲血腦屏障開(kāi)放通常需要依次輻照各個(gè)腦區(qū)，治療時(shí)間長(zhǎng)。相控陣超聲系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)多靶點(diǎn)同步開(kāi)放，但其系統(tǒng)復(fù)雜性高且制作成本高昂。

該研究采用迭代角譜法設(shè)計(jì)聲學(xué)全息超表面，并通過(guò)低成本的3D打印制作，結(jié)合單陣元平面波超聲換能器，成功實(shí)現(xiàn)多個(gè)不同深度的超聲精準(zhǔn)聚焦（見(jiàn)圖2a）。研究還系統(tǒng)分析了聲全息超表面的聚焦性能與波束轉(zhuǎn)向能力，展示了該技術(shù)在軸向與橫向上的精確波束操控潛力（見(jiàn)圖2b，c）。

圖2：聲全息超表面聚焦性能及波束轉(zhuǎn)向能力展示。a. 焦距分別為10毫米、20毫米和30毫米的全息超表面聲場(chǎng)仿真與測(cè)試結(jié)果。b. 全息超表面相較換能器平移10毫米和20毫米聲場(chǎng)仿真與測(cè)試結(jié)果。c. 全息超表面相較換能器旋轉(zhuǎn)15度和30度聲場(chǎng)仿真與測(cè)試結(jié)果。

研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步設(shè)計(jì)了具備任意多靶點(diǎn)聚焦能力的聲全息結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖3a），針對(duì)需要多腦區(qū)干預(yù)的神經(jīng)系統(tǒng)疾?。ㄈ绨d癇、AD、腦腫瘤等），選取雙側(cè)海馬體與內(nèi)側(cè)隔核為目標(biāo)腦區(qū)，在小鼠中成功實(shí)現(xiàn)了在單次超聲輻照下的雙平面三靶點(diǎn)血腦屏障同步開(kāi)放。通過(guò)引入振幅調(diào)制算法，成功將各焦點(diǎn)之間的聲壓差異降至10%以下（見(jiàn)圖3b），確保了多靶點(diǎn)血腦屏障開(kāi)放效果的一致性。熒光成像、MRI、免疫組化及組織學(xué)分析顯示，血腦屏障開(kāi)放精準(zhǔn)且無(wú)明顯副作用，驗(yàn)證了該方法的安全性與穩(wěn)定性（見(jiàn)圖3c）。

圖3：基于聲學(xué)全息超表面的小鼠腦內(nèi)多靶點(diǎn)血腦屏障同步開(kāi)放。a. 迭代角譜法設(shè)計(jì)多焦點(diǎn)聲全息超表面流程圖。b. 雙平面三焦點(diǎn)全息超表面聲場(chǎng)仿真與測(cè)試結(jié)果。c. 熒光成像、MRI、免疫組化及組織學(xué)分析結(jié)果。

該研究提供了一種高效且低成本的新型聲學(xué)全息方案，在聚焦超聲介導(dǎo)的腦部藥物遞送與神經(jīng)調(diào)控等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

程冰冰教授和哈爾濱工業(yè)大學(xué)裴延波教授為論文共同通訊作者，2023級(jí)碩士研究生姚鑫雅為第一作者，上?？萍即髮W(xué)為第一完成單位。上?？萍即髮W(xué)分子影像平臺(tái)、實(shí)驗(yàn)動(dòng)物平臺(tái)和超算中心對(duì)該工作提供了技術(shù)幫助。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s44172-025-00428-z