皮肤、粘膜或器官组织的伤口会给患者带来剧烈疼痛,甚至引发严重感染。如果缺乏适当护理,伤口极易被病原体侵入,阻碍愈合,迁延不愈。严重情况下,还可能会引发败血症等一系列并发疾患,进而危及生命。


如何更高效、便捷、智能地掌握伤口状态并精准地给予药物治疗?近日,浙江大学生物医学工程与仪器科学学院刘清君教授团队,基于柔性电子技术研发了一款无线无源的智能“创可贴”,在多参数伤口监测的基础上实现了精确电控给药的反馈治疗。


浙大发明神奇“创可贴”:可实现伤口监测及给药 又能精确控制药物递送

▲无线无源的柔性闭环智能伤口贴片


这款长得像“创可贴”一样的电子贴片,既能实现伤口原位实时监测,又能精确控制药物递送。针对感染性伤口,这种新型电子皮肤贴片,对于该类疾病的检测和治疗无疑具有重要意义。这项成果,近日刊登在国际知名期刊《先进功能材料》(Advanced Functional Materials),浙江大学博士生许刚和浙江大学博士后卢妍利为共同第一作者,浙江大学刘清君教授为通讯作者。


柔性传感贴片 无线无源


为了更好地贴合皮肤,科研人员采用了蛇纹形导线设计,利用柔性电极加工技术实现了柔性传感电极的加工制备。传感电极可实现拉伸、弯折和扭曲等多种不同的形变,从而可以适应人体柔软的皮肤界面,实现与伤口表面的舒适接触。


浙大发明神奇“创可贴”:可实现伤口监测及给药 又能精确控制药物递送

▲柔性电极阵列的构建和修饰


在设计中,贴片呈双层结构,上层是集成有近场通信技术模块、温度传感和药物控制释放等功能的柔性电路。下层为传感电极和药物控释电极,用于实施伤口pH和尿酸的检测,以及药物释放。


“近场通信技术可以实现无线能量收集,用于驱动多种电化学传感方法,实现信号采集及无线传输。”刘清君教授表示。


在实验室,记者并没有发现为这个神奇“创可贴”提供电源的电池,那么电能是如何提供的?信息又是如何分析的呢?这些答案将由带有近场通信技术模块的智能手机来回答:通过手机靠近该贴片,即可无线供电、获取检测结果,之后根据检测到的感染数据来控制药物释放,从而实现从监测到智能给药的全过程反馈管理。


神奇“创可贴”,精准给药


刘清君教授长期从事基于智能手机的传感检测研究,而在实际的调研中,团队发现临床上大量患者正在饱受伤口溃烂导致的并发症痛苦。于是他想到了将检测技术运用到伤口管理中。


伤口恢复进展如何?过去常常通过观察来了解,刘清君团队则通过智能传感技术实现了尿酸、pH及温度等伤口炎症指标的多参数监测,他们分别通过差分脉冲伏安法和开路电势法检测了伤口尿酸和pH,并采用高精度温度传感芯片监测了伤口温度。


刘清君教授介绍,多参数伤口检测的结果不仅可以作为伤口轻重程度的有效评价手段,也可为电控药物释放提供指导,作为药物治疗结果的反馈评估。


浙大发明神奇“创可贴”:可实现伤口监测及给药 又能精确控制药物递送

▲电控药物缓释

浙大发明神奇“创可贴”:可实现伤口监测及给药 又能精确控制药物递送

▲伤口监测和感染治疗的在体动物实验研究


传统的伤口药物敷料,都是通过药物的自身缓慢扩散作用于目标部位。而浙大研究人员开发的智能给药模式则是依托电势控制实现精准按需给药。团队设计的电控药物释放模块利用带正电的聚吡咯膜包裹带负电的药物分子,当电极上施加负电激励时,药物分子会从聚吡咯膜的主链上解离,并且在电场力作用下释放到伤口创面,达到治疗的目的。


在这项实验中,课题组通过在小鼠体表伤口上接种金黄色葡萄球菌,形成感染伤口动物模型,将构建的智能“创可贴”贴敷于伤口,实现了良好的伤口监测与药物治疗效果。


未来,科研团队期待这种基于近场通讯的神奇“创可贴”能够运用到糖尿病坏疽、下肢静脉溃疡、压疮、严重烧烫伤等慢性伤口的穿戴式监测管理和精准治疗领域,以期为长期遭受伤口感染困扰的患者带来福音。



文章来源: 文汇报

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