一種基于導(dǎo)電聚合物的多重傳感器和藥物輸送陣列

傷口是常見的皮膚損傷，主要由創(chuàng)傷、燒傷、損傷感染、糖尿病、壓力性損傷以及老年性血管疾病等潛在疾病引起。傷口愈合涉及錯(cuò)綜復(fù)雜的生化過程，極易受到感染，尤其是深層皮膚損傷和慢性傷口，從而給患者和醫(yī)療系統(tǒng)帶來沉重負(fù)擔(dān)。一直以來，臨床醫(yī)生都是通過目測或耗時(shí)的實(shí)驗(yàn)室檢測來評(píng)估傷口的嚴(yán)重程度和愈合狀態(tài)。準(zhǔn)確的個(gè)人傷口管理對(duì)促進(jìn)傷口愈合至關(guān)重要，這通常需要使用傷口繃帶或敷料。在這些繃帶中加入智能系統(tǒng)以對(duì)傷口狀況進(jìn)行定量監(jiān)測，并在必要時(shí)實(shí)施治療提供了顯著優(yōu)勢(shì)。這種傷口治療技術(shù)的創(chuàng)新，能夠減少頻繁更換敷料以及到醫(yī)療機(jī)構(gòu)就診的需要，能有效改善病患的傷口護(hù)理。

傷口滲出液中包含許多生理參數(shù)，包括氧氣、pH值、尿酸（UA）以及各種免疫蛋白等生物標(biāo)志物，可以利用集成傳感器和生物傳感器進(jìn)行監(jiān)測。對(duì)這些生物標(biāo)志物進(jìn)行實(shí)時(shí)和長時(shí)間的連續(xù)監(jiān)測，可以提供有關(guān)傷口愈合狀況和傷口環(huán)境條件的信息，尤其是有關(guān)細(xì)菌感染風(fēng)險(xiǎn)的信息。其中，傷口的pH值是一個(gè)重要的生物標(biāo)志物，它在傷口愈合和治療的不同階段都會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)變化。

基于聚苯胺（PANi）的柔性全固態(tài)pH傳感器

為了在傷口繃帶內(nèi)構(gòu)建智能治療系統(tǒng)，柔性電子器件的開發(fā)至關(guān)重要，這需要制造柔性電極陣列，并對(duì)各種材料進(jìn)行改性，使其具有不同的功能。目前，柔性電極陣列的制造通常需要復(fù)雜的設(shè)備，并使用掩膜將電子元件沉積于柔性襯底。例如，通過絲網(wǎng)印刷制造碳質(zhì)電極，通過蒸發(fā)和光刻制造金屬電極等。除此之外，激光輻照技術(shù)為在柔性襯底上生成激光誘導(dǎo)石墨烯（LIG）電極陣列提供了一種具有成本效益的直接方法，可以按照客戶設(shè)計(jì)的圖案進(jìn)行無接觸和無掩模制造。此外，必須對(duì)柔性電極陣列進(jìn)行模塊化修飾，以賦予各電極特定的功能。

導(dǎo)電聚合物（CP）是一種前景廣闊的功能材料，可滿足傷口治療診斷中的上述所有要求，包括生物傳感和化學(xué)傳感、驅(qū)動(dòng)和藥物輸送。聚吡咯（PPy）憑借其更快的致動(dòng)速度和高應(yīng)變特性，已被廣泛用于致動(dòng)器和藥物輸送。此外，電極陣列的分布（以二維電極陣列為例）受到特定模塊尺寸的限制，特別是在需要高載藥量的藥物輸送載體中。利用三維層疊電極陣列可提高治療效果。這種設(shè)計(jì)可以將大尺寸給藥載體放置在傳感器和生物傳感器陣列附近，從而更有效地整合各個(gè)組件。

基于PPy的藥物控釋

據(jù)麥姆斯咨詢介紹，瑞典林雪平大學(xué)和香港中文大學(xué)的研究人員近期在Communications Materials上發(fā)表了一篇題為“A conducting polymer-based array with multiplex sensing and drug delivery capabilities for smart bandages”的論文。該研究提出了一種基于導(dǎo)電聚合物的多重傳感器和藥物輸送陣列，并將其組裝成柔性貼片，進(jìn)一步集成到用于傷口治療的智能繃帶平臺(tái)中。該系統(tǒng)利用了在LIG電極陣列上修飾的所選導(dǎo)電聚合物的獨(dú)特特性，包括PANi中選擇性質(zhì)子化/去質(zhì)子化的氧化還原可逆性、聚二氧乙基塞吩（PEDOT）的導(dǎo)電性和PPy的體積膨脹性。

這種集成化智能繃帶平臺(tái)能夠?qū)H值（4-10范圍）和UA濃度（高達(dá)0.9 mM）進(jìn)行電化學(xué)測量，并以此作為傷口狀態(tài)指標(biāo)，同時(shí)還能在惡劣條件下通過0.6 V的電刺激按需釋放環(huán)丙沙星（Cipro）?？蓪⑦@種pH傳感器和UA生物傳感器陣列與藥物載體組裝成一個(gè)三維多重貼片，并與具有板載微控制器和藍(lán)牙功能的柔性印刷電路板（FPCB）集成在一起。這種智能繃帶平臺(tái)有望在傷口管理中用于傷口生物標(biāo)記檢測、可控藥物輸送和無線連接，從而實(shí)現(xiàn)更智能更準(zhǔn)確的傷口治療診斷。

基于多功能導(dǎo)電聚合物的智能繃帶

論文鏈接：
https://doi.org/10.1038/s43246-024-00469-5

審核編輯：劉清