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中山大學蔣樂倫、易長青/以色列理工Hossam Haick《AFM》：智能多功能水凝膠進一步提高個性化糖尿病傷口診療

2024-03-05 來源：高分子科技

無法愈合的慢性傷口對公共衛生構成重大挑戰，特別是在糖尿病的情況下。受高血糖的影響，糖尿病患者傷口愈合受損、炎癥延長、上皮動力學降低，很大程度上會導致慢性創傷的產生，嚴重者將引發截肢甚至是死亡的發生。傷口愈合是一個動態且復雜的過程，特異性實時監測傷口，及時診斷，并調整治療方案，以滿足糖尿病慢性傷口患者的復雜需求，仍然是慢性傷口監護領域的重大挑戰。盡管目前已存在許多關于刺激響應型多功能聚合物材料的傷口貼片研究，但此類貼片仍存在無法提供傷口愈合的實時信息，易受環境干擾，釋藥量不準確等問題，阻礙了傷口的個性化精準有效的治療。

中山大學蔣樂倫/易長青教授團隊聯合以色列理工學院Hossam Haick提出了一種新的基于聚合物水凝膠的糖尿病傷口多功能診療貼片，旨在解決傷口實時監測和按需治療的關鍵需求，促進糖尿病患者慢性非愈合傷口的最佳愈合。該貼片采用了多功能和電響應的聚合物材料，利用智能水凝膠和可穿戴生物電子設備的交叉結合來促進糖尿病傷口按需管理。智能多功能水凝膠（MFCPH）是這一創新設計的核心，具有高載藥率、導電性和抗菌能力等特性，為傷口愈合創造了有利的環境，通過電化學檢測技術可連續監測傷口部位葡萄糖和pH值水平，并根據傷口狀況通過離子導入和電刺激提供個性化精準治療。這項工作結合了智能多功能聚合物材料和電控治療方法，為慢性傷口管理的創新方法提供了新思路。針對糖尿病創面的閉環給藥，研制了一種無線傷口診療管理系統。該系統主要由定制的智能手機App、可穿戴電子設備和診療貼片組成(圖1)。這種創新的傷口治療系統的一個吸引人的特點在于智能多功能水凝膠（MFCPH）與可穿戴生物電子設備的集成。開發了一種雙電化學生物傳感平臺，用于實時和同時檢測傷口pH和葡萄糖水平。裝載胰島素的MFCPH與一對離子電泳電極結合，根據傷口部位pH和葡萄糖水平，用于電控按需胰島素給藥以及施加電刺激。

圖1. 一種用于糖尿病傷口處理的無線診療系統。

集成的診療貼片包括柔性電極陣列層、防滲環和載藥MFCPH。柔性電極陣列層可對pH,葡萄糖濃度進行連續監測。pH傳感電極在3-9的pH值范圍內表現出了階躍電壓響應，pH的靈敏度為-61.7 mV/pH，線性良好，具有可逆pH值的檢測能力及特異性。葡萄糖傳感器對葡萄糖具有良好的響應，動態線性范圍為0-14 mM，靈敏度為0.48 μA/mM，同樣也具備良好的檢測特異性。MFCPH是通過在聚丙烯酰胺水凝膠網絡中引入導電聚合物PDA-PPy納米原纖維來開發的。這些親水性納米纖維，由納米顆粒原位形成，與水凝膠基質結合形成納米網，允許更均勻的電刺激，藥物傳遞和可見光通過。

圖2. 診療貼片的制備及表征。

載藥MFCPH具備傷口可視化的能力，高劑量載藥能力（85.8±3.6%），良好的導電性（電導率1.6 S/m），電控釋藥能力，長期使用的無毒性，廣譜抗菌性能。糖尿病大鼠在體閉環傷口管理實驗表明，診療貼片可以對傷口部位的葡萄糖濃度水平進行8小時的連續監測，與商業化的血糖儀檢測的數據高度一致。同時，當傷口部位葡萄糖濃度過高時，診療貼片可以通過離子導入對MFCPH的胰島素進行按需電控釋放，將葡萄糖濃度降低至正常水平。此外，使用該診療貼片進行傷口管理的糖尿病大鼠的傷口愈合速度最快 (10 天內愈合率達93.8%)，愈合效果最佳，明顯優于其他組。因此，該系統提供了一種精確有效的方法來加速糖尿病傷口的愈合，同時抑制細菌感染，從而實現智能傷口管理。

圖3. 電控給藥模塊的體外表征。

該工作以“Polymer Hydrogel-Based Multifunctional Theranostics for Managing Diabetic Wounds” 為題近期發表在《Advanced Functional Materials》上(doi:10.1002/adfm.202315564)。中山大學深圳校區生物醫學工程學院碩士生龔霞，博士生鄭穎和南華大學電氣工程學院楊健副教授為論文的共同第一作者，蔣樂倫教授，易長青教授，以色列理工學院的Hossam Haick教授為論文的共同通訊作者。

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202315564

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（責任編輯：xu）

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