具有超声透明性和宽带聚焦的水凝胶超材料垫用于生物医学成像

摘要 赋予灵活的超声生物电子设备宽带透明性和聚焦能力，可以显著增强对组织和器官的精确评估能力及疾病的治疗能力。现有的可穿戴超声设备，无论是刚性还是可拉伸的，通常将刚性超声元件阵列与软材料结合以实现与人类皮肤的可靠界面，但它们缺乏受控的人工微结构，导致超声透明性受到损害，并在实现宽带聚焦方面面临挑战。在此，我们报告了一种由水凝胶超材料制成的超材料垫，通过在亚波长尺度上控制水凝胶的孔隙率，实现了高超声透明性和宽带聚焦。该水凝胶超材料垫实现了与组织近乎完美的声阻抗匹配，具有低衰减损失、宽带传输和高聚焦强度增益。超声成像模拟进一步表明，在使用水凝胶超材料垫时，焦点区域的成像对比度显著改善。实际应用表明，它增强了超声探头对重要人类器官（包括血管和心脏）的成像能力。我们的水凝胶超材料垫在推进软声学功能设备方面具有巨大潜力，能够与生物组织和水生环境无缝接口.