综述：AI引导的生物材料和生物制造策略增强肿瘤细胞外基质模拟

这篇创新性研究开发了基于液态金属的AI反馈生物电子系统，通过电流调控Ga3+释放实现感染伤口的闭环治疗：早期高电流（4mA）刺激产生抗菌作用，后期低电流（0-2mA）促进组织再生，14天内显著加速伤口愈合。

　　

复杂感染伤口的智能治疗新策略

复杂难愈性伤口因高细菌密度和感染风险需要精准干预。传统治疗方法缺乏对微环境的动态监测和系统调控，针对这一临床挑战，研究者开发了整合再生生物电子与人工智能（AI）的创新系统。

AI反馈生物电子系统的设计

通过3D打印技术制备的柔性贴片包含液态金属（EGaIn）通道，在电流刺激下可调控Ga³⁺释放。系统核心包含蓝牙模块、电流控制单元和处理器，实现远程交互和精准调控。AI算法通过伤口图像分析，动态预测愈合进程并调整治疗参数，形成监测-决策-治疗的闭环系统。

复合水凝胶的合成与表征

研究采用含单宁酸（TA）的复合水凝胶作为载体材料。随着TA浓度增加，水凝胶孔隙率降低（SEM证实），机械性能和粘附强度显著提升。3%TA含量的水凝胶表现出优异的自愈合能力（激光共聚焦显微镜观察）和形状适应性，能紧密贴合复杂伤口表面。

体外抗菌活性与机制

实验证实4mA电流刺激下，贴片释放的Ga³⁺对金黄色葡萄球菌（S. aureus）和大肠杆菌（E. coli）具有显著杀灭作用（菌落计数显示杀菌率>95%）。高分辨透射电镜（HRTEM）揭示抗菌机制：Ga³⁺被细菌铁载体蛋白误认为Fe³⁺而摄入，但无法被NADPH蛋白还原，导致细菌因铁缺乏死亡。

细胞迁移与抗炎作用

低电流（2mA）刺激下，贴片显著促进人永生化表皮细胞（HACAT）和人脐静脉内皮细胞（HUVEC）迁移（划痕实验显示迁移面积增加1.5倍）。同时可调节巨噬细胞极化，降低促炎因子（iNOS、TNF-α、IL-6）表达，提升抗炎因子（Arg-1、TGF-β、IL-10）水平。

体内伤口愈合效果

小鼠感染伤口模型显示，经电流调控的贴片治疗组14天愈合率达95.8%（显著高于对照组）。组织学分析表明治疗组炎症细胞浸润减少，胶原纤维密度（Masson染色）和血管生成（CD31免疫荧光）明显改善。

AI辅助治疗系统

深度学习算法（多尺度注意力模块MSA）通过伤口图像分析建立标准化愈合模型，实时监测并预测愈合进程。系统性能指标（mIoU、mPA）随训练迭代稳步提升，可准确识别异常愈合情况并自动调整治疗参数。

产品化应用前景

该生物电子系统采用光固化3D打印批量制备，经10000次压缩测试保持稳定。集成DC-AC转换模块、无线电位计和温度传感器，已实现伤口感染的智能识别（细菌感染阶段BIS）和治疗（抗菌阶段AS、恢复阶段RS）的自动化调控。

这项研究开创性地将液态金属、生物电子和AI技术相结合，为复杂感染伤口的智能化管理提供了全新解决方案，在精准医疗和智能医疗器械领域具有重要应用价值。