熒光顏色變化的智能創(chuàng)口繃帶有效檢測微生物感染情況

隨著智能醫(yī)療時代的到來，個體化智能診療器件將帶來快速的發(fā)展。如何實現(xiàn)對創(chuàng)口感染進行智能監(jiān)測和治療是個體化診療的一個重要領(lǐng)域。目前，用于創(chuàng)口護理的醫(yī)療器械一般采用繃帶、創(chuàng)口貼等，這些常規(guī)的醫(yī)療產(chǎn)品雖然對創(chuàng)口治療有一定的作用，但無法檢測創(chuàng)口是否被微生物感染，對于一些較大面積的創(chuàng)口，人們需要定期去醫(yī)院檢查創(chuàng)口并根據(jù)情況更換敷料。

最近，浙江大學化學系的鄔建敏課題組發(fā)明了一種基于熒光顏色變化的智能創(chuàng)口繃帶。該智能繃帶的核心材料是一種納米結(jié)構(gòu)的硅。普通的硅材料經(jīng)過電化學刻蝕后可形成具有良好生物可降解性及生物相容性的多孔硅（pSi），其大比表面積和豐度的孔道結(jié)構(gòu)可高效地負載藥物。此外，pSi經(jīng)過表面處理后可發(fā)出強烈的紅色熒光，因而在生物醫(yī)學，尤其是藥物遞送、生物成像等領(lǐng)域表現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢。

鄔建敏課題組近年來對多孔硅在溶液體系的發(fā)光動力學特性開展了系統(tǒng)的研究，發(fā)現(xiàn)pSi熒光在溶液體系中通常經(jīng)歷激活—增大—衰減的過程，并發(fā)現(xiàn)溶液中PO43-、OH-等堿性離子以及活性氧（ROS）的存在會顯著加速該熒光動力學過程。在負載具有熒光特性的藥物分子后，多孔硅—藥物之間的熒光共振能量轉(zhuǎn)移 (FRET）效率也隨之降低（圖1）。

圖1. 多孔硅在堿催化氧化作用下的熒光變色機理

他們利用這一獨特的性質(zhì)建立了比率熒光監(jiān)測創(chuàng)口感染的新方法。通常被微生物感染的慢性傷口ROS和pH值會顯著升高。此外，由于感染而導致的細胞DNA釋放還會引起傷口PO43-的增加。這些綜合因素使藥物—多孔硅體系在感染創(chuàng)口中的熒光變色速率顯著高于急性傷口（圖2），同時藥物釋放與熒光變色完全協(xié)同，達到了診療一體化的目的。

圖2. pSi智能繃帶在慢性感染傷口（上）和急性非感染傷口（下）表現(xiàn)出的熒光顏色變化

熒光pSi的顏色變化既可用肉眼判斷，也可采用智能手機攝像與色彩管理APP的方式獲得比較準確的定量數(shù)據(jù)（圖3）。

圖3. 智能繃帶監(jiān)測創(chuàng)口感染的示意圖

該研究成果刊登在美國化學會期刊ACS Nano上，相關(guān)項目研究工作與杭州高斯博醫(yī)療用品有限公司合作完成。目前該課題組正積極準備臨床試驗，力爭將該智能創(chuàng)口診療材料真正用于人體創(chuàng)口感染的監(jiān)測和治療，成為第一代創(chuàng)口個體化智能診療產(chǎn)品。