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陜科大王學川/劉新華、川大陳一寧：基于天然皮膚有機水凝膠的自供電無線傳輸智能生物電子平臺，用于慢性傷口診斷、評估和加速愈合
2023-10-16  來源：高分子科技

  近日，陜西科技大學生物質(zhì)與功能材料研究所王學川教授/劉新華副教授與四川大學陳一寧博士聯(lián)合報道了一種生物可吸收、自供電、無線傳輸?shù)闹悄軅谥委熒镫娮酉到y(tǒng)，該智能治療體系可用于持續(xù)性按需藥物治療、納米發(fā)電機自驅(qū)動的傷口電刺激以及可視化的實時傷口狀況評估。相關(guān)研究成果發(fā)表于國際材料科學領(lǐng)域頂級期刊Nano Energy。


  作為一個全球性的公共衛(wèi)生問題，糖尿病相關(guān)并發(fā)癥呈現(xiàn)巨大的發(fā)病率，給患者以及社會帶來了嚴重的經(jīng)濟負擔。如果糖尿病傷口得不到適當治療，相關(guān)慢性并發(fā)癥可能致使病人殘疾甚至致死。截至目前，糖尿病傷口治療和護理已得到廣泛關(guān)注，但由于病因多樣化、患者個體差異以及治療成本昂貴等因素仍然導致傷口的有效治療面臨巨大挑戰(zhàn)。因此，亟需新的策略和相關(guān)技術(shù)來進一步改善慢性傷口的治療成本與效果。 


圖1. 基于SGC@MA-Gel的智能生物電子系統(tǒng)及其應(yīng)用示意圖


  基于此，本研究利用天然皮膚基有機水凝膠制備了一種單電極摩擦納米發(fā)電機，進而開發(fā)出可用于慢性傷口治療的智能生物電子系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有生物可吸收性、自供電和無線傳輸功能，可進行持續(xù)性按需藥物治療、納米發(fā)電機自驅(qū)動的傷口電刺激和可視化的實時傷口狀況評估。其中，天然皮膚衍生的有機水凝膠（SGC@MA-Gel）采用簡單的一鍋法制備，主要由天然皮膚、甘油、季銨化殼聚糖、二甲雙胍和腺嘌呤組成。SGC@MA-Gel擁有天然皮膚的層級結(jié)構(gòu)和生物特性，具有膠原蛋白基生物材料的高負載能力，還具備理想的機械強度、粘附性、導電性、抗菌性、按需藥物釋放和人體生理信號監(jiān)測功能。該生物電子系統(tǒng)不僅可提供直接的按需藥物治療和納米發(fā)電機驅(qū)動的傷口電刺激，以促進皮膚傷口快速恢復；還能夠?qū)崟r檢測傷口處的葡萄糖、尿酸和pH等生物標志物，用于傷口可視化診斷和評估。 


圖2. SGC@MA-Gel的形態(tài)特征和機械性能 


圖3. 基于SGC@MA-Gel的單電極摩擦納米發(fā)電機的工作原理和輸出性能


圖4. SGC@MA-Gel的藥物釋放性能和生物傳感器的生物標記物檢測能力


圖5. 慢性糖尿病傷口的快速愈合和多重傷口生物標志物的可視化監(jiān)測


  相關(guān)成果以“Smart Battery-free and Wireless Bioelectronic Platform based on A Nature-skin-derived Organohydrogel for Chronic Wound Diagnosis, Assessment, and Accelerated Healing”為題發(fā)表在Nano Energy上。陜西科技大學博士研究生白忠薛為本論文的第一作者，通訊作者為陜西科技大學王學川教授和劉新華副教授以及四川大學陳一寧博士。感謝國家自然科學基金項目（2207081675、22278257），陜西重點研發(fā)計劃項目（2022GY‐272），陜西省科協(xié)青年人才托舉計劃項目（20200424）和中國博士后基金項目（2021M692000）對本工作的大力支持！


  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2023.108989

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（責任編輯：xu）
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