慢性不愈合傷口代表著巨大的醫(yī)療保健負(fù)擔(dān)，僅在美國(guó)就有超過 600 萬(wàn)人受到影響，每年的管理成本估計(jì)超過 250 億美元。慢性傷口是指在 8-12 周內(nèi)未能愈合并使受影響部位缺乏功能和解剖完整性的傷口。這些創(chuàng)傷與功能喪失和行動(dòng)能力喪失、社會(huì)壓力和孤立感增加、抑郁和焦慮、住院時(shí)間延長(zhǎng)以及總體發(fā)病率和死亡率增加有關(guān)。盡管存在干預(yù)措施，例如局部應(yīng)用生長(zhǎng)因子和細(xì)胞外基質(zhì)、工程化皮膚和負(fù)壓傷口療法（其中敷料向傷口表面施加低于大氣壓的壓力，促進(jìn)引流和愈合），但這些治療只是適度的有效的。當(dāng)前的標(biāo)準(zhǔn)護(hù)理傷口敷料是被動(dòng)的（僅提供覆蓋）并且不會(huì)主動(dòng)響應(yīng)傷口環(huán)境的變化。“智能繃帶”技術(shù)可以很好地應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)：智能繃帶配備多模式傳感器和治療模式，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和積極的傷口護(hù)理，只需極少的醫(yī)生干預(yù)。1）首先，它需要具有機(jī)械靈活性和無(wú)線操作能力，以避免由傳統(tǒng)的剛性電池供電設(shè)備引起的任何不必要的束縛和不適。2）接下來，它應(yīng)該整合傳感和刺激模式，以實(shí)現(xiàn)自主、閉環(huán)（能夠識(shí)別異常和主動(dòng)治療）傷口管理。3）最后，它應(yīng)該具有可調(diào)節(jié)的皮膚粘附力和緊密的界面，以在操作過程中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和能量傳遞，同時(shí)提供易于分離的功能，以避免在設(shè)備移除過程中造成二次皮膚損傷。為了滿足這些要求，斯坦福大學(xué)鮑哲南、Geoffrey C. Gurtner等研究人員開發(fā)了一種小型化柔性印刷電路板(FPCB)，能夠雙通道連續(xù)感測(cè)傷口阻抗（皮膚對(duì)電流的反應(yīng)，表明傷口愈合情況）和溫度（溫度升高表明感染），以及提供用于加速愈合的編程電信號(hào)。該微型柔性印刷電路板 (FPCB)包含一個(gè)能量收集天線、一個(gè)微控制器單元、一個(gè)晶體振蕩器和用于雙通道連續(xù)檢測(cè)傷口阻抗和溫度的濾波器電路，以及一個(gè)并行刺激電路來提供編程的電信號(hào)以加速傷口愈合。為了確保電路和軟皮膚組織之間有效的信號(hào)交換和能量傳遞，研究人員設(shè)計(jì)了一種基于電子-離子雙導(dǎo)電聚合物（可以傳導(dǎo)電子（用于電流）和離子（治療性帶電分子））。與成熟的離子導(dǎo)電水凝膠相比，該雙導(dǎo)電水凝膠在整個(gè)頻域內(nèi)具有較低的阻抗，從而在刺激過程中實(shí)現(xiàn)更有效的電荷注入。用于慢性傷口管理的無(wú)線智能繃帶的總體設(shè)計(jì)為了減輕剝離粘性電極時(shí)的繼發(fā)性皮膚損傷，研究人員引入了一種熱控水凝膠骨架，通過控制凝膠的相變機(jī)制實(shí)現(xiàn)可逆粘附。該水凝膠在高溫下的粘附力比正常皮膚溫度下低兩個(gè)數(shù)量級(jí)。在臨床前小鼠模型中，該智能繃帶可以持續(xù)監(jiān)測(cè)皮膚生理信號(hào)（阻抗和溫度）并提供定向電信號(hào)，從而加速傷口閉合、增加新血管形成并促進(jìn)真皮恢復(fù)。在臨床前傷口模型中，與對(duì)照組相比，治療組愈合速度快約 25%，真皮重塑增強(qiáng)約 50%。圖|具有按需組織粘附和分離的堅(jiān)韌和低阻抗導(dǎo)電水凝膠電極圖|無(wú)線智能繃帶可以持續(xù)監(jiān)測(cè)傷口生理狀況，加速組織再生最后，該智能繃帶的無(wú)線特性使其能夠使用復(fù)雜的動(dòng)物模型（例如共生）來研究觀察到的電刺激效果背后的可能機(jī)制。觀察到單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞群中促再生基因的激活，這可能會(huì)促進(jìn)組織再生、新血管形成和真皮恢復(fù)。總之，研究數(shù)據(jù)表明，有益的傷口愈合結(jié)果歸因于促再生愈合基因的激活。綜上所述，該無(wú)線智能繃帶通過增加細(xì)胞增殖和參與傷口修復(fù)的細(xì)胞募集來激活促再生模式，從而實(shí)現(xiàn)主動(dòng)監(jiān)測(cè)和傷口治療并加速愈合。這種集成的雙模式方法推動(dòng)了傷口愈合病理學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展，使治療方式能夠提高護(hù)理標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)一步的挑戰(zhàn)包括生產(chǎn)規(guī)模化（例如，降低成本和解決長(zhǎng)期儲(chǔ)存問題）、結(jié)合更多傳感器（以監(jiān)測(cè)代謝物、生物標(biāo)志物和 pH 值）和臨床可轉(zhuǎn)化性（解決生物污染問題——微生物在繃帶表面的積累）。該臨床前演示證明了概念；未來的工作包括制造更大的供人類使用的智能繃帶，并在大型動(dòng)物模型中進(jìn)行初步測(cè)試，然后進(jìn)行人體試驗(yàn)。此外，該研究的目標(biāo)是降低制造成本以實(shí)現(xiàn)廣泛采用。最后，該設(shè)備也可能適用于其他疾病，從而實(shí)現(xiàn)下一代閉環(huán)生物電子醫(yī)學(xué)。值得注意的是，半個(gè)月前，斯坦福大學(xué)鮑哲南、加州大學(xué)洛杉磯分校金麗華等在Nature Nanotechnology上報(bào)道通過調(diào)節(jié)半導(dǎo)體薄膜與基底的界面性質(zhì)，能夠顯著的延緩薄膜中形成微裂紋。1. Jiang, Y., Trotsyuk, A.A., Niu, S. et al. Wireless, closed-loop, smart bandage with integrated sensors and stimulators for advanced wound care and accelerated healing. Nat Biotechnol (2022).https://doi.org/10.1038/s41587-022-01528-32. Kang, J., Mun, J., Zheng, Y. et al. Tough-interface-enabled stretchable electronics using non-stretchable polymer semiconductors and conductors. Nat. Nanotechnol. (2022)DOI: 10.1038/s41565-022-01246-6https://www.nature.com/articles/s41565-022-01246-6
