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

  近日,陜西科技大學(xué)生物質(zhì)與功能材料研究所王學(xué)川教授/劉新華副教授與四川大學(xué)陳一寧博士聯(lián)合報(bào)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(jī)自驅(qū)動(dòng)的傷口電刺激以及可視化的實(shí)時(shí)傷口狀況評(píng)估。相關(guān)研究成果發(fā)表于國(guó)際材料科學(xué)領(lǐng)域頂級(jí)期刊Nano Energy


  作為一個(gè)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(huì)帶來了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。如果糖尿病傷口得不到適當(dāng)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(hù)理已得到廣泛關(guān)注,但由于病因多樣化、患者個(gè)體差異以及治療成本昂貴等因素仍然導(dǎo)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(jìn)一步改善慢性傷口的治療成本與效果。 


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(jī)水凝膠制備了一種單電極摩擦納米發(fā)電機(jī),進(jìn)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(jìn)行持續(xù)性按需藥物治療、納米發(fā)電機(jī)自驅(qū)動(dòng)的傷口電刺激和可視化的實(shí)時(shí)傷口狀況評(píng)估。其中,天然皮膚衍生的有機(jī)水凝膠(SGC@MA-Gel)采用簡(jiǎn)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(jí)結(jié)構(gòu)和生物特性,具有膠原蛋白基生物材料的高負(fù)載能力,還具備理想的機(jī)械強(qiáng)度、粘附性、導(dǎo)電性、抗菌性、按需藥物釋放和人體生理信號(hào)監(jiān)測(cè)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(jī)驅(qū)動(dòng)的傷口電刺激,以促進(jìn)皮膚傷口快速恢復(fù);還能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)傷口處的葡萄糖、尿酸和pH等生物標(biāo)志物,用于傷口可視化診斷和評(píng)估。 


2. SGC@MA-Gel的形態(tài)特征和機(jī)械性能 


3. 基于SGC@MA-Gel的單電極摩擦納米發(fā)電機(jī)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(biāo)記物檢測(cè)能力


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


  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。陜西科技大學(xué)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(xué)王學(xué)川教授和劉新華副教授以及四川大學(xué)陳一寧博士。感謝國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(220708167522278257),陜西重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2022GY‐272),陜西省科協(xié)青年人才托舉計(jì)劃項(xiàng)目(20200424)和中國(guó)博士后基金項(xiàng)目(2021M692000)對(duì)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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