對(duì)于全球數(shù)百萬(wàn)遭受糖尿病足、褥瘡等慢性創(chuàng)傷折磨的患者而言，傷口愈合是一個(gè)漫長(zhǎng)、痛苦且充滿(mǎn)不確定性的過(guò)程。傳統(tǒng)的敷料如同被動(dòng)的“遮蓋物”，無(wú)法實(shí)時(shí)洞察傷口內(nèi)部的復(fù)雜變化，更不用說(shuō)主動(dòng)干預(yù)。然而，香港城市大學(xué)、中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院等機(jī)構(gòu)的研究團(tuán)隊(duì)，帶來(lái)了一項(xiàng)可能改變游戲規(guī)則的突破性技術(shù)——一種名為iSAFE的智能化電子繃帶。
這項(xiàng)研究成果于2025年7月發(fā)表在《自然·通訊》上，它將一個(gè)完整的傳感、治療和通信系統(tǒng)，集成在一片超薄、柔軟、可拉伸的“皮膚”之上。它能像偵探一樣，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)傷口床的微環(huán)境變化，并在發(fā)現(xiàn)感染跡象時(shí)，精準(zhǔn)釋放藥物，從而形成一個(gè)無(wú)需外部干預(yù)的“監(jiān)測(cè)-診斷-治療”閉環(huán)。這不僅僅是對(duì)傳統(tǒng)敷料的升級(jí)，更像是在傷口上部署了一個(gè)微型的智能診療中心。
01 設(shè)計(jì)理念：將實(shí)驗(yàn)室濃縮于方寸之間
iSAFE的設(shè)計(jì)核心在于其高度集成化的多層結(jié)構(gòu)，它巧妙地解決了柔性電子在實(shí)際應(yīng)用中的多個(gè)核心矛盾，如透氣性與防水性、生物相容性與電子功能性。
圖1：iSAFE系統(tǒng)概念圖
圖片說(shuō)明：它集成了生物標(biāo)志物傳感、無(wú)線(xiàn)供電與通信、按需給藥等多種功能，同時(shí)具備防水、透氣、抗菌和皮膚粘附等特性。
從上至下，iSAFE主要由以下幾個(gè)關(guān)鍵部分組成：
1.頂層 - 保護(hù)與電路層：采用廣泛用于醫(yī)療領(lǐng)域的Tegaderm透明敷料作為基底和封裝層，它既能防水，又能保證氣體交換，讓皮膚得以“呼吸”。內(nèi)部嵌入了蛇形可拉伸的電路和NFC（近場(chǎng)通信）天線(xiàn)，負(fù)責(zé)無(wú)線(xiàn)獲取能量和傳輸數(shù)據(jù)。整個(gè)系統(tǒng)無(wú)需電池，手機(jī)靠近即可激活。
2.中層 - 傳感與治療：這是iSAFE的“大腦”和“藥房”。研究人員在此集成了一系列微型化的可拉伸生物傳感器，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)傷口滲出液中的三個(gè)關(guān)鍵生物標(biāo)志物：pH值、葡萄糖濃度和溫度。旁邊是藥物釋放模塊，可通過(guò)電刺激按需釋放藥物。
3.底層 - 生物活性電子傷口界面 (BEWI)：這是直接與傷口接觸的一層，也是技術(shù)創(chuàng)新的核心之一。它并非簡(jiǎn)單的粘合劑，而是一種經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)的生物活性材料。
02 核心創(chuàng)新之一：會(huì)“呼吸”且“主動(dòng)愈合”的BEWI界面
傳統(tǒng)的柔性電子設(shè)備為了防水，往往會(huì)犧牲透氣性，導(dǎo)致皮膚浸漬。iSAFE的BEWI層通過(guò)“共靜電紡絲”技術(shù)，將具有彈性、生物相容性的SEBS（苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物）和能促進(jìn)傷口愈合的GelMA（甲基丙烯?；髂z）纖維編織在一起。
圖2：BEWI界面的制備過(guò)程（上）及其與皮膚組織形成多重化學(xué)鍵合的粘附機(jī)制（下）
圖片說(shuō)明：這種設(shè)計(jì)賦予了它優(yōu)異的生物相容性、粘附性和促愈合能力。
這種復(fù)合纖維膜不僅柔軟、可拉伸，還通過(guò)原位合成的納米銀顆粒獲得了優(yōu)異的抗菌性能。更重要的是，它通過(guò)氫鍵、靜電吸引等多種分子間作用力，實(shí)現(xiàn)了與皮膚組織的牢固粘附，其強(qiáng)度甚至超過(guò)了商業(yè)用的纖維蛋白膠。當(dāng)傷口愈合后，僅需用尿素溶液處理，即可輕松無(wú)損地移除，避免了二次傷害。
03 核心創(chuàng)新之二：實(shí)時(shí)“讀取”傷口語(yǔ)言的多模態(tài)傳感器
傷口的愈合狀態(tài)并非一成不變，其化學(xué)和物理環(huán)境的變化蘊(yùn)含著豐富的信息。iSAFE正是通過(guò)監(jiān)測(cè)這些信息來(lái)做出判斷。
1.pH值：正常皮膚呈弱酸性，而細(xì)菌感染通常會(huì)導(dǎo)致pH值升高（偏堿性）。
2.溫度：感染會(huì)引發(fā)炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致局部皮溫升高
3.葡萄糖：對(duì)于糖尿病患者，傷口滲出液中的葡萄糖水平與血糖水平相關(guān)，同時(shí)也影響愈合速度和感染風(fēng)險(xiǎn)。
圖3：傳感器陣列在BEWI層上的布局
圖片說(shuō)明：三個(gè)傳感器（溫度、pH、葡萄糖）可以直接接觸傷口滲出液，實(shí)時(shí)獲取關(guān)鍵數(shù)據(jù)。
研究人員基于一種創(chuàng)新的預(yù)拉伸-濺射工藝，制造出即使在30%的拉伸下電阻也基本保持穩(wěn)定的柔性電極，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了高靈敏度、高穩(wěn)定性的傳感器陣列。這些傳感器能夠?qū)诘?ldquo;化學(xué)語(yǔ)言”實(shí)時(shí)翻譯成手機(jī)APP上清晰可見(jiàn)的數(shù)據(jù)。
04 從動(dòng)物到人體：臨床試驗(yàn)證明其巨大潛力
任何一項(xiàng)醫(yī)療技術(shù)，最終都要走向臨床。iSAFE在動(dòng)物和人體試驗(yàn)中都展現(xiàn)了令人信服的效果。
在糖尿病大鼠的感染傷口模型中，使用iSAFE的實(shí)驗(yàn)組相比于對(duì)照組，不僅細(xì)菌數(shù)量顯著減少，傷口愈合速度也大幅加快。14天后，iSAFE組的傷口幾乎完全愈合，而對(duì)照組仍有明顯的組織缺陷。組織學(xué)分析進(jìn)一步證實(shí)，iSAFE能有效抑制早期炎癥，并促進(jìn)后期的血管生成和細(xì)胞增殖。
圖4：糖尿病大鼠感染傷口在不同治療方案下的愈合過(guò)程
圖片說(shuō)明：與對(duì)照組（Control）和僅使用材料組（S/G/P）相比，iSAFE組在14天內(nèi)實(shí)現(xiàn)了近乎完全的愈合。
更具里程碑意義的是，該團(tuán)隊(duì)對(duì)10名年齡從18歲到95歲不等、患有不同類(lèi)型傷口（如壓瘡、術(shù)后囊腫等）的患者進(jìn)行了初步臨床試驗(yàn)。結(jié)果顯示，iSAFE監(jiān)測(cè)到的pH、葡萄糖和溫度數(shù)據(jù)與商業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)儀器的測(cè)量結(jié)果高度一致，準(zhǔn)確率超過(guò)80%。
通過(guò)將傳感器數(shù)據(jù)與臨床上廣泛使用的“傷口評(píng)分（WBS）”進(jìn)行關(guān)聯(lián)性分析，研究人員發(fā)現(xiàn)，傷口滲出液的pH值和溫度與愈合情況呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)（即數(shù)值越低，愈合越好），而葡萄糖濃度則呈正相關(guān)。這證明了iSAFE不僅能“監(jiān)測(cè)”，更能為醫(yī)生的臨床決策提供可靠的數(shù)據(jù)支持。
圖5：6名患者的傳感器數(shù)據(jù)與傷口床評(píng)分（WBS）的相關(guān)性矩陣
圖片說(shuō)明：清晰地展示了pH、溫度等指標(biāo)與傷口愈合狀態(tài)的強(qiáng)關(guān)聯(lián)性。
05分析與總結(jié)
iSAFE的出現(xiàn)，標(biāo)志著傷口護(hù)理正從被動(dòng)的“覆蓋和吸收”時(shí)代，邁向主動(dòng)的“感知和干預(yù)”時(shí)代。它并非單一技術(shù)的突破，而是一次系統(tǒng)性的工程創(chuàng)新，成功地將生物材料科學(xué)、柔性電子工程和臨床醫(yī)學(xué)需求三者捏合在一起，解決了多個(gè)長(zhǎng)期存在的行業(yè)痛點(diǎn)。
1.真正實(shí)現(xiàn)了“閉環(huán)智能”：市面上雖有其他智能敷料的嘗試，但大多停留在單一指標(biāo)監(jiān)測(cè)或被動(dòng)治療。iSAFE首次在無(wú)需電池、完全柔性的平臺(tái)上，整合了多指標(biāo)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和按需精準(zhǔn)給藥，構(gòu)成了完整的智能閉環(huán)，這是其最大的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。
2. 解決了柔性電子的“應(yīng)用悖論”：如何讓電子設(shè)備既能緊密貼合生物組織，又能保持透氣、防水，同時(shí)避免長(zhǎng)期植入的纖維化包裹問(wèn)題，是柔性電子走向應(yīng)用的關(guān)鍵。iSAFE通過(guò)其獨(dú)特的BEWI界面設(shè)計(jì)和Tegaderm封裝策略，提供了一個(gè)極為巧妙的解決方案。其“按需移除”的特性，也為未來(lái)長(zhǎng)期植入式設(shè)備的設(shè)計(jì)提供了新思路。
3. 臨床轉(zhuǎn)化潛力巨大：該研究沒(méi)有停留在實(shí)驗(yàn)室階段，而是勇敢地邁向了臨床。盡管樣本量尚小，但初步人體試驗(yàn)證據(jù)的獲得，極大地增加了這項(xiàng)技術(shù)的可信度和未來(lái)商業(yè)化的想象空間。它為個(gè)性化、精準(zhǔn)化的傷口管理鋪平了道路，有望顯著降低慢性傷口帶來(lái)的醫(yī)療負(fù)擔(dān)和患者痛苦。
當(dāng)然，iSAFE距離廣泛應(yīng)用仍有距離。研究團(tuán)隊(duì)也指出，未來(lái)需要更大規(guī)模的隨機(jī)對(duì)照臨床試驗(yàn)來(lái)進(jìn)一步驗(yàn)證其有效性。此外，如何實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定監(jiān)測(cè)、如何集成更豐富的生物標(biāo)志物（如炎癥因子、蛋白酶等），以及如何進(jìn)一步降低成本以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，都是下一步需要解決的問(wèn)題。
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