首创可吸收的电子创可贴：电疗使愈合加速30% 加快糖尿病伤口愈合

美国西北大学的研究人员开发了一种小型、灵活、可拉伸的创可贴，可通过直接向伤口部位输送电疗来加速愈合，还能主动监测愈合过程，愈合后会无害地溶解在体内——包括电极和其他东西。

　　

美国西北大学的研究人员开发了一种小型、灵活、可拉伸的创可贴，通过直接向伤口部位输送电疗来加速愈合。在一项动物研究中，这种新型创可贴治愈糖尿病溃疡的速度比没有创可贴的小鼠快30%。这种创可贴还能主动监测愈合过程，在不再需要它的时候会无害地溶解在体内——包括电极和其他东西。这种新设备可以为糖尿病患者提供强大的工具，糖尿病患者的溃疡会导致各种并发症，包括截肢甚至死亡。这项研究在2月22日的《科学进展》杂志上在线发表。它标志着第一个能够提供电疗的生物可吸收创可贴，也是智能再生系统的第一个例子。

电的力量

糖尿病给社会带来了巨大的生产力和经济负担。美国有近3000万人患有糖尿病，其中严重并发症之一是糖尿病足溃疡，约15 - 25%的患者在一生中的某个阶段患上糖尿病足溃疡。因为糖尿病会导致神经损伤，导致麻木，糖尿病患者可能会出现简单的水泡或小划痕，而这些水泡或小划痕没有被注意到，也没有得到治疗。由于高血糖水平也会使毛细血管壁增厚，血液循环减慢，使这些伤口更难愈合。小伤会演变成危险的伤口。如果没有得到适当治疗，慢性伤口可能会导致截肢。糖尿病相关的慢性伤口并发症(如DFUs)是全球范围内非创伤性下肢截肢的头号原因。必须开展新的策略和相关技术的研究，以预防或改善慢性DFUs的结局。

受伤会破坏身体正常的电信号。研究人员很好奇电刺激疗法是否有助于愈合这些顽固的伤口。历史上，临床医生曾使用电疗治疗。但大多数设备包括有线的、笨重的设备，只能在医院的监督下使用。为了设计一款更舒适的产品，可以在家里全天候佩戴，西北大学的Guillermo A.Ameer与John A. Rogers合作，Rogers是生物电子学的先驱，他在2018年首次提出了生物可吸收电子医学的概念。

远程控制

两位研究人员和他们的团队最终开发出了一种小而灵活的绷带/创可贴，可以轻柔地包裹在受伤部位。智能再生系统的一侧包含两个电极:一个微小的花状电极位于伤口床的正上方，另一个环形电极位于健康组织上，环绕整个伤口。该设备的另一侧包含一个能量收集线圈，用于为系统供电，以及一个近场通信(NFC)系统，用于实时无线传输数据。他们还安装了可以评估伤口愈合情况的传感器。通过测量穿过伤口的电流电阻，医生可以监测进展。电流测量的逐渐减小直接关系到愈合过程。所以，如果电流仍然很高，那么医生就知道有问题了。通过内置这些功能，该设备可以在没有电线的情况下远程操作。在远处，医生可以决定何时进行电刺激，并监测伤口的愈合进程。

通过施加电刺激，它恢复了身体的正常信号，吸引新细胞迁移到伤口床上。“我们的身体依赖电信号来运作，”Guillermo A.Ameer说。“我们试图在伤口上恢复或促进一个更正常的电环境。我们观察到细胞迅速迁移到伤口并在该区域再生皮肤组织。新的皮肤组织包括新的血管，炎症得到了抑制。”在一项小型动物模型研究中，研究人员每天只进行30分钟的电刺激。即使是这么短的时间，伤口愈合速度也加快了30%。“当一个人出现伤口时，我们的目标总是尽可能快地缝合伤口，否则，裸露的伤口很容易感染。而且，对于糖尿病患者来说，感染更难治疗，也更危险。对于这些患者来说，对真正适用于他们的具有成本效益的解决方案的主要需求尚未得到满足。我们的新型绷带性价比高，易于使用，适应性强，舒适，能有效地闭合伤口，防止感染和进一步的并发症。”

“当伤口试图愈合时，它会产生一个潮湿的环境，”Ameer说。“然后，随着伤口愈合，它应该会干涸。水分会改变电流，所以我们可以通过追踪伤口中的电阻来检测。然后，我们可以收集这些信息并通过无线传输。在伤口护理管理中，理想情况下我们希望伤口在一个月内愈合。如果需要更长的时间，这种延迟可能要引起关注。”

电极溶解无需取出

当伤口愈合时，花朵形状的电极就会溶解在体内，不需要再取出来。该团队用一种被广泛应用于电子和半导体领域的金属钼制成了电极。他们发现，当钼足够薄时，它可以被生物降解。此外，它不会干扰愈合过程。Ameer说:“我们是第一个证明钼可以用作伤口愈合的可生物降解电极的人。”“大约六个月后，大部分都消失了。我们发现在器官中很少有堆积。没什么不寻常的。但我们用于制造这些电极的金属量是如此之少，我们不认为它会引起任何重大问题。”“虽然这是一个电子设备，但与伤口床连接的活性部件是完全可吸收的，”西北大学的John A. Rogers说，“因此，这些材料在愈合过程完成后自然消失，从而避免了物理拔牙可能对组织造成的任何损伤。”

接下来，该团队计划在更大的动物模型上测试他们的绷带对糖尿病溃疡的影响。然后，他们打算在人体上进行测试。由于绷带利用人体自身的愈合能力而不释放药物或生物制剂，它面临的监管障碍更少。这意味着患者可能会更早地在市场上看到它。

这项名为“用于伤口部位电疗和阻抗传感的生物可吸收、无线无电池系统”的研究得到了美国国家糖尿病、消化和肾脏疾病研究所和CARE的部分支持。西北大学生物医学工程博士候选人Joseph Song是共同第一作者。

Journal Reference:

1. Joseph W. Song, Hanjun Ryu, Wubin Bai, Zhaoqian Xie, Abraham Vázquez-Guardado, Kizar Nandoliya, Raudel Avila, Geumbee Lee, Zhen Song, Jihye Kim, Min-Kyu Lee, Yugang Liu, Mirae Kim, Huifeng Wang, Yixin Wu, Hong-Joon Yoon, Sung Soo Kwak, Jaeho Shin, Kyeongha Kwon, Wei Lu, Xuexian Chen, Yonggang Huang, Guillermo A. Ameer, John A. Rogers. Bioresorbable, wireless, and battery-free system for electrotherapy and impedance sensing at wound sites. Science Advances, 2023; 9 (8) DOI: 10.1126/sciadv.ade4687

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