皮肤作为人体最大的屏障器官，当完整性遭到破坏时极易产生急慢性伤口。全球慢性伤口患病率已超过2%，糖尿病患者足部溃疡风险高达25%，给全球医疗卫生体系带来沉重负担。传统伤口处理主要依靠肉眼观察与经验判断，存在主观误差、治疗滞后、二次损伤风险等问题；现有的电刺激敷料普遍依赖外部电源、透气性差、难以适配不规则创面，监测与治疗功能相互割裂，制约了智能伤口敷料的临床转化。因此开发集原位实时监测、同步精准干预于一体的新型伤口管理平台，对提升伤口愈合效率、降低并发症风险具备重要科学价值与临床意义。

  近日，太原理工大学集成电路学院张虎林教授团队在《ACS Sensors》发表重要研究成果，研发出一种受叶片气孔结构启发的透气多孔自供电热电水凝胶敷料。该敷料以PVA/PEGDA双网络为基体，负载[Fe(CN)₆]^3-/4-氧化还原对，借助DLP 3D打印技术，可实现个性化定制，能够贴合形态不规则的伤口创面。器件巧妙耦合热伏效应与主动压阻效应，无需外接电源、无需外源性药物，即可实现多模态伤口感知与仿生电刺激治疗，构建“监测?治疗”闭环系统，为下一代个性化智能伤口管理提供全新范式（图1）。

图1. 用于原位伤口“监测-治疗”的热电水凝胶敷料示意图及其内在机制

  研究团队采用UV光固化结合冻融循环工艺，构建PEGDA化学交联与PVA氢键物理交联互穿的PVA/PEGDA双网络水凝胶基体。经配方优化，10PVA/10PEGDA的弹性模量与肉芽组织力学区间相匹配，可适配创面动态收缩过程。体系引入氯化锂提升保水稳定性，室温存放6天质量保留率超85%，保障热电输出长期稳定；水凝胶兼具适度溶胀性能，可有效吸收创面渗出液，同时避免过度溶胀引发的创面浸渍损伤。基于DLP 3D打印可制备多孔轻量化结构，赋予敷料良好水汽透过性，提升佩戴舒适性并降低感染风险（图2）。

图2. 热电水凝胶敷料的结构和力学性能

  该热电水凝胶依靠[Fe(CN)₆]^3-/4-氧化还原对实现热电转换，最优塞贝克系数可达1.27 mV K^-1，伤口与周边正常皮肤之间微小温差即可产生稳定热电压。一方面，热电压作为驱动源，伤口肿胀、收缩带来的形变改变水凝胶内部阻抗，调制输出电流，实现自供电应变传感，可捕捉伤口肿胀与创面收缩信息；温差本身转化为电压信号，实现伤口温度监测（图3）。

图3. 热电水凝胶敷料的热电和主动压阻性能

  团队进一步搭建集成低功耗蓝牙与深度学习单元的小型化可穿戴硬件系统，同步采集温度、形变多维度时序信号；结合多孔结构对渗出液的离子响应特性与敷料底层溴麝香草酚蓝（BTB）pH显色指示剂，实现创面微环境多参数原位感知与pH可视化分级，可快速区分正常愈合、感染及重度感染状态。基于卷积神经网络构建的伤口严重程度智能分类模型，在4类创面状态数据集下平均分类准确率达96.5%；配套可视化交互界面可直观呈现创面生理参数与损伤等级，实现智能化评估（图4）。

图4. 热电水凝胶敷料的多模态传感、无线监测与深度学习辅助伤口严重程度评估

  该敷料通过热伏效应原位产生与创面内源性电场方向一致的仿生电刺激，诱导成纤维细胞定向迁移并促进胶原沉积与血管新生，加速创面愈合。体外实验证实其无明显细胞毒性；划痕实验显示，自供电电刺激显著促进成纤维细胞迁移，48 h闭合率达96.27%。小鼠全层皮肤缺损模型中，该敷料显著加速修复，术后14 d闭合率达98.09%；组织学染色显示，胶原有序沉积、新生血管密度显著增加，再生组织接近正常皮肤，实现低瘢痕修复（图5）。

图5. 热电水凝胶敷料的体外促修复性能与体内全层皮肤伤口愈合效果

  该工作将3D打印个性化制备、热电自供电多模态感知、pH可视化、深度学习智能评估、无药物电刺激促愈合全部集成于单一透气水凝胶敷料平台，克服传统敷料功能单一、依赖外接电源、监测治疗分离的短板。研究人员也指出，该研究目前停留在动物模型阶段，后续还需要进一步开展长期体内生物相容性、降解行为、规模化制备工艺研究，拓展更多类型伤口模型，深入解析细胞分子调控通路。这项工作为智能伤口敷料的临床转化开辟了新路径，在慢性创面护理、个性化伤口管理方面拥有广阔应用前景。

  该成果以“A Self-Powered Thermogalvanic Hydrogel Dressing for In Situ Wound Monitoring and Enhanced Healing”为题发表于《ACS Sensors》。太原理工大学博士生王春静为论文第一作者，张虎林教授、桑胜波教授和西安交通大学杨清振教授为共同通讯作者。研究获得国家自然科学基金（52475600）以及山西省科技合作交流专项（202304041101021）支持。

  原文链接：https://doi.org/10.1021/acssensors.6c03280