皮膚、粘膜或器官組織的傷口會(huì)給患者帶來(lái)劇烈疼痛，甚至引發(fā)嚴(yán)重感染。如果缺乏適當(dāng)護(hù)理，傷口極易被病原體侵入，阻礙愈合，遷延不愈。嚴(yán)重情況下，還可能會(huì)引發(fā)敗血癥等一系列并發(fā)疾患，進(jìn)而危及生命。
如何更高效、便捷、智能地掌握傷口狀態(tài)并精準(zhǔn)地給予藥物治療？近日，浙江大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程與儀器科學(xué)學(xué)院劉清君教授團(tuán)隊(duì)，基于柔性電子技術(shù)研發(fā)了一款無(wú)線(xiàn)無(wú)源的智能“創(chuàng)可貼”，在多參數(shù)傷口監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了精確電控給藥的反饋治療。
無(wú)線(xiàn)無(wú)源的柔性閉環(huán)智能傷口貼片
記者看到，這款長(zhǎng)得像“創(chuàng)可貼”一樣的電子貼片，既能實(shí)現(xiàn)傷口原位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，又能精確控制藥物遞送。針對(duì)感染性傷口，這種新型電子皮膚貼片，對(duì)于該類(lèi)疾病的檢測(cè)和治療無(wú)疑具有重要意義。
這項(xiàng)成果，近日刊登在國(guó)際知名期刊《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials），浙江大學(xué)博士生許剛和浙江大學(xué)博士后盧妍利為共同第一作者，浙江大學(xué)劉清君教授為通訊作者。
柔性傳感貼片
為了更好地貼合皮膚，科研人員采用了蛇紋形導(dǎo)線(xiàn)設(shè)計(jì)，利用柔性電極加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)了柔性傳感電極的加工制備。傳感電極可實(shí)現(xiàn)拉伸、彎折和扭曲等多種不同的形變，從而可以適應(yīng)人體柔軟的皮膚界面，實(shí)現(xiàn)與傷口表面的舒適接觸。
柔性電極陣列的構(gòu)建和修飾
在設(shè)計(jì)中，貼片呈雙層結(jié)構(gòu)，上層是集成有近場(chǎng)通信技術(shù)模塊、溫度傳感和藥物控制釋放等功能的柔性電路。下層為傳感電極和藥物控釋電極，用于實(shí)施傷口pH和尿酸的檢測(cè)，以及藥物釋放。
無(wú)線(xiàn)無(wú)源
“近場(chǎng)通信技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)能量收集，用于驅(qū)動(dòng)多種電化學(xué)傳感方法，實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集及無(wú)線(xiàn)傳輸。”劉清君教授表示。
在實(shí)驗(yàn)室，記者并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)為這個(gè)神奇“創(chuàng)可貼”提供電源的電池，那么電能是如何提供的？信息又是如何分析的呢？
這些答案將由帶有近場(chǎng)通信技術(shù)模塊的智能手機(jī)來(lái)回答：通過(guò)手機(jī)靠近該貼片，即可無(wú)線(xiàn)供電、獲取檢測(cè)結(jié)果，之后根據(jù)檢測(cè)到的感染數(shù)據(jù)來(lái)控制藥物釋放，從而實(shí)現(xiàn)從監(jiān)測(cè)到智能給藥的全過(guò)程反饋管理。
精準(zhǔn)給藥
劉清君教授長(zhǎng)期從事基于智能手機(jī)的傳感檢測(cè)研究，而在實(shí)際的調(diào)研中，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)臨床上大量患者正在飽受傷口潰爛導(dǎo)致的并發(fā)癥痛苦。于是他想到了將檢測(cè)技術(shù)運(yùn)用到傷口管理中。
傷口恢復(fù)進(jìn)展如何？過(guò)去常常通過(guò)觀察來(lái)了解，劉清君團(tuán)隊(duì)則通過(guò)智能傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)了尿酸、pH及溫度等傷口炎癥指標(biāo)的多參數(shù)監(jiān)測(cè)，他們分別通過(guò)差分脈沖伏安法和開(kāi)路電勢(shì)法檢測(cè)了傷口尿酸和pH，并采用高精度溫度傳感芯片監(jiān)測(cè)了傷口溫度。
劉清君教授介紹，多參數(shù)傷口檢測(cè)的結(jié)果不僅可以作為傷口輕重程度的有效評(píng)價(jià)手段，也可為電控藥物釋放提供指導(dǎo)，作為藥物治療結(jié)果的反饋評(píng)估。
電控藥物緩釋
傷口監(jiān)測(cè)和感染治療的在體動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究
傳統(tǒng)的傷口藥物敷料，都是通過(guò)藥物的自身緩慢擴(kuò)散作用于目標(biāo)部位。而浙大研究人員開(kāi)發(fā)的智能給藥模式則是依托電勢(shì)控制實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)按需給藥。團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的電控藥物釋放模塊利用帶正電的聚吡咯膜包裹帶負(fù)電的藥物分子，當(dāng)電極上施加負(fù)電激勵(lì)時(shí)，藥物分子會(huì)從聚吡咯膜的主鏈上解離，并且在電場(chǎng)力作用下釋放到傷口創(chuàng)面，達(dá)到治療的目的。
在這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，課題組通過(guò)在小鼠體表傷口上接種金黃色葡萄球菌，形成感染傷口動(dòng)物模型，將構(gòu)建的智能“創(chuàng)可貼”貼敷于傷口，實(shí)現(xiàn)了良好的傷口監(jiān)測(cè)與藥物治療效果。
未來(lái)，科研團(tuán)隊(duì)期待這種基于近場(chǎng)通訊的神奇“創(chuàng)可貼”能夠運(yùn)用到糖尿病壞疽、下肢靜脈潰瘍、壓瘡、嚴(yán)重?zé)隣C傷等慢性傷口的穿戴式監(jiān)測(cè)管理和精準(zhǔn)治療領(lǐng)域，以期為長(zhǎng)期遭受傷口感染困擾的患者帶來(lái)福音。
論文鏈接：DOI: https://doi.org/10.1002/adfm.202100852
