糖尿病傷口發(fā)病機制復雜、感染概率高、恢復時間長，約20%的糖尿病患者受此影響。傳統(tǒng)的干式敷料無法滿足糖尿病傷口的特定微環(huán)境，并且容易造成繼發(fā)性損傷。而功能性傷口敷料如水凝膠，表現(xiàn)出優(yōu)異的物化性質(zhì)，其三維多孔結(jié)構(gòu)有助于載藥，為傷口管理提供了一個理想的平臺。然而現(xiàn)有的水凝膠敷料藥物儲存容量有限，藥物釋放持續(xù)時間短，依賴于被動擴散作為藥物釋放機制，缺乏可控性，無法考慮到顯著影響傷口愈合的血糖水平的節(jié)律性變化，從而導致治療結(jié)果不佳。為了解決上述問題，浙江大學藥學院南科望研究員、化學工程與生物工程學院關怡新教授團隊聯(lián)合，開發(fā)了一種響應無線電刺激、載藥的水凝膠生物電子貼片。該設備設計了一個靈活的、低功率的電路，具有藍牙通信和電壓調(diào)節(jié)功能，從而將電刺激和藥物的可控釋放和可補充功能結(jié)合來加速糖尿病傷口愈合。貼片的治療效果在糖尿病大鼠傷口模型中得到了證明。這意味著這是一種綜合、持久和有效的用于糖尿病傷口管理的電子藥物混合解決方案。該研究以“Wireless, Programmable, and Refillable Hydrogel Bioelectronics for Enhanced Diabetic Wound Healing”為題，發(fā)表于Advanced Science。

該論文創(chuàng)新地提出了一種水凝膠生物電子貼片，其中藥物可以進行重復補充而無需更換設備，并且水凝膠響應電刺激可以實現(xiàn)藥物的可控釋放。具體來說，它由三個主要組件組成：導電水凝膠、由PDMS制成的軟底盤和柔性電路。貼片的柔性電路由一個微控制器單元（MCU）組成，其中包含用于無線通信的藍牙。該無線電路的設計不僅允許預設的電壓協(xié)議，而且還支持根據(jù)需要進行實時電壓調(diào)整。研究團隊通過一系列實驗驗證了水凝膠貼片藥物的可控釋放和可補充功能。實驗結(jié)果顯示，隨著電壓的增加，水凝膠的藥物釋放量也隨之增加，并且可以隨著電壓的“開-關”狀態(tài)顯示出階梯式的釋放曲線。同時向貼片的藥物儲囊內(nèi)注射的藥物溶液可以成功補充進水凝膠中，這大幅增加了水凝膠的藥物儲存量和藥物釋放時間。貼片的實際治療效果在糖尿病大鼠傷口模型中得到了驗證。結(jié)果表明，水凝膠貼片對糖尿病傷口的愈合有明顯的促進作用。此外，糖尿病人具有個性化的生物節(jié)律。例如，糖尿病患者在餐后血糖會達到峰值，這更有可能在傷口部位誘發(fā)氧化應激和炎癥反應。而通過無線開關，患者可以自主按需開啟電壓，使得模型藥物的釋放根據(jù)生理節(jié)律加速或減速。

總結(jié)

水凝膠生物電子貼片的設計包含了低功耗、無線通信和電壓調(diào)節(jié)的柔性無線電路，并與具有穩(wěn)定的機械性能、高生物相容性的水凝膠集成，從而響應電刺激并實現(xiàn)藥物的可控釋放和重復補充。本研究的結(jié)果證實了一個很有前途的方向，即將傳統(tǒng)藥物與可編程電刺激相結(jié)合，用于傷口或潛在的其他條件的管理。未來可能的發(fā)展方向是集成數(shù)字生理傳感器，如實時的血糖監(jiān)測并讀出數(shù)據(jù)，與水凝膠生物電子學形成閉環(huán)響應電壓控制算法，以進一步增強糖尿病相關治療。

圖1：水凝膠生物電子貼片的設計和功能驗證

圖2. 水凝膠生物電子貼片的應用實例

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202407820