感染會導致傷口愈合延遲，甚至引起敗血癥或膿毒性休克，最終導致截肢甚至死亡等嚴重后果。因此，對傷口感染狀態(tài)進行實時監(jiān)測，并在必要時及時提供治療，在傷口護理中極其重要。近年來，水凝膠敷料因其具有良好的生物相容性和可定制化的多種功能在傷口護理中受到關(guān)注。特別是集成實時感染監(jiān)測系統(tǒng)和（或）藥物釋放功能的的智能水凝膠敷料，有望及時偵測到感染并予以治療，有效促進傷口愈合。然而，能夠利用同一敷料同時監(jiān)測感染并按需給予治療的智能敷料依然鮮有報道。此外，目前對傷口感染的監(jiān)測主要依賴于可檢測pH、溫度等傷口感染特征標志物的柔性電子器件，存在成本高、不可降解、需要預制成型導致難以適應不規(guī)則傷口等不足。另一方面，水凝膠的藥物釋放功能也主要是通過被動釋放的方式實現(xiàn)，難以實現(xiàn)藥物遞送的精準可控。
圖1. 智能傷口敷料制備在傷口護理中的應用示意圖。
包載有微囊的ACPP水凝膠和不包載微囊的AP水凝膠在不同pH下均呈現(xiàn)肉眼可分辨的顏色變化（圖2A），說明微囊的加入不會影響水凝膠的pH檢測功能。其紫外-可見光譜也在pH由5變化到9時，呈現(xiàn)明顯的紅移（圖2B），與肉眼觀測結(jié)果一致。但由于肉眼分辨的局限性，通過肉眼觀測僅能實現(xiàn)粗略的判斷。為進一步提高pH檢測的準確性，作者對所得圖片進行了RGB通道分離，分析發(fā)現(xiàn)R和B通道的和與pH值之間存在線性關(guān)系（圖2C-D）。因此，可以利用手機只能軟件對水凝膠圖片進行分析，得到準確的傷口pH值，從而更為精準的判斷傷口的微環(huán)境和狀態(tài)。
為了更好地模擬傷口護理應用中水凝膠敷料僅有一側(cè)接觸傷口的情形，構(gòu)建了如圖3A所示的藥物釋放模型。體外藥物釋放實驗表明水凝膠中負載的抗生素頭孢唑林鈉（CS）在超聲停止時幾乎完全不釋放，而在超聲處理時發(fā)生快速釋放（圖3B），而且隨著超聲功率提高，藥物釋放速率明顯提高（圖3C）。這些結(jié)果說明可以精準的通過超聲控制水凝膠中負載藥物的釋放。而體外抗菌實驗亦表明，不進行超聲處理時，水凝膠抗菌活性較弱，因為被動擴散釋放的CS很少；而在進行超聲處理后，水凝膠的抗菌活性大大增強（圖3C-D）；進一步說明可以通過超聲精準控制抗生素的釋放從而調(diào)控其抗菌活性。
為了評估水凝膠在實際傷口中檢測pH并給予按需治療的能力，構(gòu)建小鼠全層皮膚傷口后，第三天在傷口處接種金黃色葡萄球菌并使用水凝膠敷料，第四天觀察敷料顏色判斷pH，然后施以不同處理，第五天記錄水凝膠顏色以計算pH并提取傷口組織，通過平板培養(yǎng)判斷傷口的實際菌落數(shù)（圖4A）。如圖4B所示，一開始敷料均呈現(xiàn)紫紅色，與正常傷口的弱酸性一致。接種細菌后的第二天，水凝膠均變?yōu)榫G色，提示傷口微環(huán)境變?yōu)閴A性。經(jīng)RGB分析，其pH值分別為8.77、8.75、8.86左右（圖4C）。同時，傷口滲出液明顯增多，這些都是典型的感染癥狀。而在經(jīng)過不同處理后，第二天可以觀察到超聲組敷料回復為紫紅色，其pH值為6.49，而未經(jīng)超聲處理組和未載藥的對照組敷料仍呈現(xiàn)綠色，檢測出的pH值分別為8.06和7.53。提取傷口組織勻漿后進行平板培養(yǎng)，結(jié)果表明未超聲組菌落數(shù)與對照組相比略有降低，而超聲組的菌落數(shù)顯著下降（圖4D-E），與體外抗菌結(jié)果一致。這些結(jié)果表明水凝膠敷料在體內(nèi)也可以實現(xiàn)良好的pH檢測能力和超聲響應性藥物釋放和抗菌活性。
慢性傷口極易發(fā)生感染，若未能及時治療，形成頑固的生物膜后，則極難治療，可能導致感染性休克和截肢等嚴重后果，因此及時檢測感染并予以治療在慢性傷口護理中尤為重要。為評估該水凝膠在慢性傷口護理中的應用潛力，作者構(gòu)建了小鼠糖尿病傷口模型，使用不同敷料進行護理，其中智能敷料組在通過凝膠顏色變化檢測到感染后即予以10分鐘超聲處理（圖5A）。如圖5B-D所示，只能水凝膠敷料組展現(xiàn)了最好的愈合效果，17天后傷口基本完全閉合。在實驗的第二、四、六天分別用精密pH試紙檢測傷口pH，同時根據(jù)水凝膠顏色計算pH值，經(jīng)過比較，發(fā)現(xiàn)二者相差極小，進一步證明利用該水凝膠敷料可以在無需拆開敷料的情況下準確檢測傷口pH，從而判斷感染狀況。這些結(jié)果表明，該水凝膠敷料在慢性傷口的護理中有很好的應用前景。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adhm.202303379
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