慢性不愈合伤口代表着巨大的医疗保健负担，仅在美国就有超过 600 万人受到影响，每年的管理成本估计超过 250 亿美元。慢性伤口是指在 8-12 周内未能愈合并使受影响部位缺乏功能和解剖完整性的伤口。这些创伤与功能丧失和行动能力丧失、社会压力和孤立感增加、抑郁和焦虑、住院时间延长以及总体发病率和死亡率增加有关。尽管存在干预措施，例如局部应用生长因子和细胞外基质、工程化皮肤和负压伤口疗法（其中敷料向伤口表面施加低于大气压的压力，促进引流和愈合），但这些治疗只是适度的有效的。当前的标准护理伤口敷料是被动的（仅提供覆盖）并且不会主动响应伤口环境的变化。“智能绷带”技术可以很好地应对这些挑战：智能绷带配备多模式传感器和治疗模式，用于实时监测和积极的伤口护理，只需极少的医生干预。1）首先，它需要具有机械灵活性和无线操作能力，以避免由传统的刚性电池供电设备引起的任何不必要的束缚和不适。2）接下来，它应该整合传感和刺激模式，以实现自主、闭环（能够识别异常和主动治疗）伤口管理。3）最后，它应该具有可调节的皮肤粘附力和紧密的界面，以在操作过程中实现稳健的信号转导和能量传递，同时提供易于分离的功能，以避免在设备移除过程中造成二次皮肤损伤。为了满足这些要求，斯坦福大学鲍哲南、Geoffrey C. Gurtner等研究人员开发了一种小型化柔性印刷电路板(FPCB)，能够双通道连续感测伤口阻抗（皮肤对电流的反应，表明伤口愈合情况）和温度（温度升高表明感染），以及提供用于加速愈合的编程电信号。该微型柔性印刷电路板 (FPCB)包含一个能量收集天线、一个微控制器单元、一个晶体振荡器和用于双通道连续检测伤口阻抗和温度的滤波器电路，以及一个并行刺激电路来提供编程的电信号以加速伤口愈合。为了确保电路和软皮肤组织之间有效的信号交换和能量传递，研究人员设计了一种基于电子-离子双导电聚合物（可以传导电子（用于电流）和离子（治疗性带电分子））。与成熟的离子导电水凝胶相比，该双导电水凝胶在整个频域内具有较低的阻抗，从而在刺激过程中实现更有效的电荷注入。为了减轻剥离粘性电极时的继发性皮肤损伤，研究人员引入了一种热控水凝胶骨架，通过控制凝胶的相变机制实现可逆粘附。该水凝胶在高温下的粘附力比正常皮肤温度下低两个数量级。在临床前小鼠模型中，该智能绷带可以持续监测皮肤生理信号（阻抗和温度）并提供定向电信号，从而加速伤口闭合、增加新血管形成并促进真皮恢复。在临床前伤口模型中，与对照组相比，治疗组愈合速度快约 25%，真皮重塑增强约 50%。图|具有按需组织粘附和分离的坚韧和低阻抗导电水凝胶电极图|无线智能绷带可以持续监测伤口生理状况，加速组织再生最后，该智能绷带的无线特性使其能够使用复杂的动物模型（例如共生）来研究观察到的电刺激效果背后的可能机制。观察到单核细胞和巨噬细胞群中促再生基因的激活，这可能会促进组织再生、新血管形成和真皮恢复。总之，研究数据表明，有益的伤口愈合结果归因于促再生愈合基因的激活。综上所述，该无线智能绷带通过增加细胞增殖和参与伤口修复的细胞募集来激活促再生模式，从而实现主动监测和伤口治疗并加速愈合。这种集成的双模式方法推动了伤口愈合病理学领域的发展，使治疗方式能够提高护理标准。进一步的挑战包括生产规模化（例如，降低成本和解决长期储存问题）、结合更多传感器（以监测代谢物、生物标志物和 pH 值）和临床可转化性（解决生物污染问题——微生物在绷带表面的积累）。该临床前演示证明了概念；未来的工作包括制造更大的供人类使用的智能绷带，并在大型动物模型中进行初步测试，然后进行人体试验。此外，该研究的目标是降低制造成本以实现广泛采用。最后，该设备也可能适用于其他疾病，从而实现下一代闭环生物电子医学。值得注意的是，半个月前，斯坦福大学鲍哲南、加州大学洛杉矶分校金丽华等在Nature Nanotechnology上报道通过调节半导体薄膜与基底的界面性质，能够显著的延缓薄膜中形成微裂纹。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
