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鲍哲南团队开发无线智能绷带,促进伤口愈合,还能减少疤痕

来源:生物世界 2022-11-28 10:20

有些伤口就是难以愈合,感染、糖尿病等疾病,以及免疫系统受抑制,往往都会阻碍伤口愈合。

有些伤口就是难以愈合,感染、糖尿病等疾病,以及免疫系统受抑制,往往都会阻碍伤口愈合。这种慢性伤口可能会持续数月甚至更久,不仅带来伤痛,还会导致焦虑和抑郁,最糟糕的情况是,还可能会危及生命。然而,到目前为止,治疗慢性伤口的解决方案还很少。

 

2022年11月24日,斯坦福大学鲍哲南院士团队在 Nature Biotechnology 期刊发表了题为:Wireless, closed-loop, smart bandage with integrated sensors and stimulators for advanced wound care and accelerated healing 的研究论文。

 

该研究开发出一种无线智能绷带,能够在监测伤口愈合过程的同时治疗伤口,促进伤口更快愈合,增加损伤组织的新血液流动,并通过显著减少疤痕形成来促进皮肤恢复。

这款智能绷带由无线电路组成,使用阻抗/温度传感器来监测伤口愈合情况。如果伤口愈合较差或检测到感染,传感器会通知中央处理器单元在伤口上施加更多的电刺激,以加速组织闭合,减少感染。使用者还能在智能手机上实时追踪传感器数据。

鲍哲南教授
 
鲍哲南,1991年本科毕业于南京大学,1995年博士毕业于芝加哥大学,之后进入贝尔实验室任职,2001年获得贝尔实验室杰出研究人员称号。2004年进入斯坦福大学化学系任教。2011年获得影响世界华人大奖,2015年被选为《自然》杂志年度十大人物,2016年当选美国国家工程院院士,2017年获得世界杰出女科学家成就奖,2018年成为斯坦福大学化学工程学院院长,2021年当选美国艺术与科学院院士。2022年获得引文桂冠奖。
 
这款无线智能绷带,包括微控制器单元、无线电天线、存储器、电刺激器、生物传感器和其他组件,绷带只有100微米厚,大约是一层乳胶漆的厚度。
 
所有的电路都在一种巧妙设计的水凝胶上运行,它们集成在一起,既能向伤口组织提供用于治疗的电刺激,又能收集实时的生物传感器数据。水凝胶中的聚合物经过精心设计,可以在需要时安全地附着在伤口表面,当其加热到高于体温几度(40℃)时,就可以干净且轻柔去除,而不会对伤口造成伤害。

论文第一作者、鲍哲南实验室博士后 Jiang Yuanwen 表示,这款智能绷带能够在同时保护伤口和促进伤口愈合,它不是一个被动工具,而是一种积极的促进愈合设备,有望改变慢性伤口的治疗标准。

此前有研究表明,电刺激可以加速角质形成细胞向伤口部位的迁移,限制细菌感染,防止伤口表面生物膜的形成,从而主动促进组织生长,帮助组织修复。鲍哲南团队通过使用这项经过充分研究的技术,并将其与实a时生物传感器数据集成,从而提供一种由生物传感器提供信息的新型自动化治疗方式。

智能绷带的生物传感功能可以通过监测生物物理变化,提供实时、快速、稳健和极其准确的方法来测量伤口状况。从技术上讲,智能绷带会在伤口愈合时感知皮肤的导电性和温度变化,伤口愈合在时电阻增加,在炎症消退时局部温度下降。因此,这款智能绷带将电刺激和传感功能集于一体,可以加速伤口愈合,还可以跟踪伤口的愈合改善情况。

研究更进一步地探索了电刺激为什么会促进伤口愈合,他们发现,电刺激促进了促再生基因的激活,例如Selenop和Apoe基因,前者是一种抗炎基因,已被发现有助于病原体清除和伤口修复,后者已被证明能促进肌肉和软组织生长。同时,电刺激增加了白细胞(单核细胞和巨噬细胞)的数量,发挥促进再生的作用,在伤口愈合的细胞增殖阶段发挥关键作用。

最后,研究团队表示,无线智能绷带目前还只是一个概念验证,尽管很有前景,但仍存在许多挑战。例如需要增加设备的尺寸以适应人类需求、降低成本、解决长期数据存储问题等等,这些都是将来能否实现大规模生产的必要条件。此外,将来还可以在设备上添加新的传感器,以测量伤口的代谢物、生物标记物以及pH值等。尽管还存在着诸多障碍,但研究团队正在快速推进,并对这款无线智能绷带的潜力保持乐观。

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