2025年全球十大临床突破之一&Nature封面文章：以活结控死结，中国院士团队破解“外科打结”难题

在微创外科与机器人手术飞速发展的今天，外科医生在获得高清视觉和精细操控的同时，却失去了对组织最直接的触觉力反馈，陷入了“力盲”的困境。缝合打结时无法精确感知和控制线张力，可能导致组织切割、缺血或结扎松脱，直接影响手术安全与效果。

现有通过在器械末端加装电子传感器的方案，往往面临成本高昂、结构复杂、难以微型化和消毒等挑战。为攻克这一难题，浙江大学航空航天学院交叉力学中心主任杨卫团队，与浙江大学医学院附属邵逸夫医院院长蔡秀军团队开展了为期三年的交叉学科研究，阐明了“基于活结的力学传导机制”，并创新性研发出“Sliputure（活结智能缝线）”，成功将其应用于外科缝合，解决了机器人手术“力盲”缺陷。此项研究于11月27日在《自然》期刊上以封面文章形式发表。

图片来源：中国科技网

研究团队未采用增加电子元件的常规方式，转而基于物理原理，受传统绳结结构启发，研制出Sliputure，其核心设计是在缝合线上预置一种特定的活结拓扑结构，该结构作为纯机械、无源的力学信息存储单元。当缝线被拉紧时，活结发生从静摩擦向滑动摩擦的临界转变，并在滑脱瞬间产生一个可预测的峰值力（Fpeak），该力值即为预设的目标安全缝合张力。

研究通过系统的体外力学测试表明，Sliputure能够实现高达95.4%的力控精度，且性能不受拉紧速度影响，重复性极佳。在动物活体手术实验中，该系统成功帮助经验不同的外科医生及手术机器人，在腹腔镜缝合场景中一致性地实现了精准的力控制，有效避免了因过度用力造成的组织损伤。这一机制为解决机器人手术的“力盲”问题提供了一种简洁、可靠且低成本的方案。

图片来源：Nature 官网

Sliputure的成功应用，验证了交叉力学研究中“数智力学”与“Mechano-Intelligence”范式的可行性。研究团队目前正着力构建面向不同人体组织的力学参数数据库，旨在开发适用于各类机器人手术及消化道、心血管、神经外科等高精度缝合场景的系列化产品。

“活结”力学传导机制作为一种非电子化解决方案，其本质是对结构中蕴含的物理规律的泛化运用。“用最原始的绳结，解决最现代的机器人难题”--靠对本质规律的深刻理解，用一种简单、经济、一次性的机械设计，解决了困扰外科界数十年的缝合张力难题。该研究展示了如何通过对日常物体进行结构化设计，使其为机器系统提供高级功能，此原理有望扩展至其他需要精细力控制的医疗或机器人操作场景，为机器触觉与医疗机器人领域提供新的研究思路。

从可专利性角度分析，该项关于Sliputure的研究，因系统性地提出并验证了一种全新的“基于活结的力学传导机制”，这一原理为解决机器人及微创手术中的“力盲”问题提供了一种根本性不同于依赖复杂电子传感器的技术路径，满足发明专利对“新颖性”与“创造性”的要求。

围绕Sliputure（活结智能缝线）技术构建专利保护，其布局可基于技术原理与实施方案进行系统构建。该技术的专利组合首先应聚焦于保护“基于活结的力学传导”的核心机制及其精准控力方法，构筑技术壁垒的基础。

在此基础上，专利布局需向外围延伸，覆盖智能缝线产品本身及其标准化制备系统（如已申请的CN202411484179.2专利所保护的制备方法），并进一步拓展至集成该缝线的外科手术系统及机器人辅助方案。

为形成更为坚固的保护网络，布局还应考虑衍生应用，例如针对不同组织的专用缝线参数数据库，以及该机械智能原理在极端环境或其他精密操作场景的跨领域应用潜力。

此外还可通过PCT等途径进行海外布局，系统性地布局从制造到应用的全产业链“专利树”，形成一个以原理专利为核心、覆盖广泛的“专利资产包”，从而为技术垄断和市场独占奠定基石。

术式创新类案例可能表现为一个方法、一个器械、一个系统或一个数学模型，但这只是其专利保护的法律载体和表现形式。其技术贡献的最终落点，均直接服务于“如何更好地完成手术”，都是为了实现一种更优的手术效果（更精准、更安全、更简单、并发症更少）。

原理突破--一种股骨近端骨折仿生外侧壁的髓内钉系统

技术融合--一种Tripod手术钉道数学模型构建方法，体外导向架构建方法，手术导航路径规划方法及系统

器械改良--一种用于双侧方开口的胃肠、肠肠或胆肠吻合器械

手术方法--经阴道尿道中段耻骨旁韧带线性悬吊术治疗SUI的系统

Sliputure的成功应用对于进行术式创新/改良的发明人而言，有着重要的参考意义：最高效的创新，是那些能够用跨学科的、原理级的新方法，精准解决一个广泛存在的、根本性的临床问题的创新。

1. 对临床问题的深刻洞察：在开始创新设计之前，多问几次“当前术式最根本的局限是什么？”是精度不足、依赖个人经验、还是有难以避免的损伤？瞄准“真痛点”而非“伪需求”，像Sliputure一样，尝试剥离表层问题，找到那个最本质的“瓶颈”。

2. 第一性原理思维：不局限于在现有缝合线或机器人传感器上做加法，而是回归“如何传递和控制力”这一本质，开发基于滑结的机械智能传动机制，从“改良工具”到“发明新原理”。

3. 跨学科寻找灵感：突破性创新往往发生在学科的交叉处。主动与机械、材料、物理、计算机等领域的专家深入交流，从基本原理中寻找解决方案，而不是局限于本领域的常规改进，实现用简单结构解决复杂问题。

一项创新的最终价值实现，不仅在于其科学发现本身，更在于其能否被有效保护并转化为实际应用。对于创新者而言，在研究的早期阶段就引入专利思维，规划从核心原理到具体应用的全链条保护网络，是避免成果流失、保障长期回报的关键。该研究团队在证实基本机制可行后，立即着手构建面向不同组织的力值数据库，并规划系列化产品开发，这体现了以终为始的转化思维。

对于外科医生和研究者而言，在构思创新之时，就同步考虑其工程化实现的可能路径、与现有手术系统的兼容性，以及针对不同术式的适配方案，将极大地增加创新成果最终惠及患者、改变临床实践的概率。

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