一種基于導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。傷口愈合涉及錯綜復雜的生化過程，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)帶來沉重負擔。一直以來，臨床醫(yī)生都是通過目測或耗時的實驗室檢測來評估傷口的嚴重程度和愈合狀態(tài)。準確的個人傷口管理對促進傷口愈合至關(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)以對傷口狀況進行定量監(jiān)測，并在必要時實施治療提供了顯著優(yōu)勢。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)療機構(gòu)就診的需要，能有效改善病患的傷口護理。

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志物，可以利用集成傳感器和生物傳感器進行監(jiān)測。對這些生物標志物進行實時和長時間的連續(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)細菌感染風險的信息。其中，傷口的pH值是一個重要的生物標志物，它在傷口愈合和治療的不同階段都會發(fā)生動態(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，并對各種材料進行改性，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)計的圖案進行無接觸和無掩模制造。此外，必須對柔性電極陣列進行模塊化修飾，以賦予各電極特定的功能。

導電聚合物（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傳感、驅(qū)動和藥物輸送。聚吡咯（PPy）憑借其更快的致動速度和高應(yīng)變特性，已被廣泛用于致動器和藥物輸送。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，瑞典林雪平大學和香港中文大學的研究人員近期在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，進一步集成到用于傷口治療的智能繃帶平臺中。該系統(tǒng)利用了在LIG電極陣列上修飾的所選導電聚合物的獨特特性，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）的導電性和PPy的體積膨脹性。

這種集成化智能繃帶平臺能夠?qū)H值（4-10范圍）和UA濃度（高達0.9 mM）進行電化學測量，并以此作為傷口狀態(tài)指標，同時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三維多重貼片，并與具有板載微控制器和藍牙功能的柔性印刷電路板（FPCB）集成在一起。這種智能繃帶平臺有望在傷口管理中用于傷口生物標記檢測、可控藥物輸送和無線連接，從而實現(xiàn)更智能更準確的傷口治療診斷。

基于多功能導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