陕科大王学川/刘新华、川大陈一宁：基于天然皮肤有机水凝胶的自供电无线传输智能生物电子平台，用于慢性伤口诊断、评估和加速愈合

2023-10-16 来源：高分子科技

近日，陕西科技大学生物质与功能材料研究所王学川教授/刘新华副教授与四川大学陈一宁博士联合报道了一种生物可吸收、自供电、无线传输的智能伤口治疗生物电子系统，该智能治疗体系可用于持续性按需药物治疗、纳米发电机自驱动的伤口电刺激以及可视化的实时伤口状况评估。相关研究成果发表于国际材料科学领域顶级期刊Nano Energy。

作为一个全球性的公共卫生问题，糖尿病相关并发症呈现巨大的发病率，给患者以及社会带来了严重的经济负担。如果糖尿病伤口得不到适当治疗，相关慢性并发症可能致使病人残疾甚至致死。截至目前，糖尿病伤口治疗和护理已得到广泛关注，但由于病因多样化、患者个体差异以及治疗成本昂贵等因素仍然导致伤口的有效治疗面临巨大挑战。因此，亟需新的策略和相关技术来进一步改善慢性伤口的治疗成本与效果。

图1. 基于SGC@MA-Gel的智能生物电子系统及其应用示意图

基于此，本研究利用天然皮肤基有机水凝胶制备了一种单电极摩擦纳米发电机，进而开发出可用于慢性伤口治疗的智能生物电子系统。该系统具有生物可吸收性、自供电和无线传输功能，可进行持续性按需药物治疗、纳米发电机自驱动的伤口电刺激和可视化的实时伤口状况评估。其中，天然皮肤衍生的有机水凝胶（SGC@MA-Gel）采用简单的一锅法制备，主要由天然皮肤、甘油、季铵化壳聚糖、二甲双胍和腺嘌呤组成。SGC@MA-Gel拥有天然皮肤的层级结构和生物特性，具有胶原蛋白基生物材料的高负载能力，还具备理想的机械强度、粘附性、导电性、抗菌性、按需药物释放和人体生理信号监测功能。该生物电子系统不仅可提供直接的按需药物治疗和纳米发电机驱动的伤口电刺激，以促进皮肤伤口快速恢复；还能够实时检测伤口处的葡萄糖、尿酸和pH等生物标志物，用于伤口可视化诊断和评估。

图2. SGC@MA-Gel的形态特征和机械性能

图3. 基于SGC@MA-Gel的单电极摩擦纳米发电机的工作原理和输出性能

图4. SGC@MA-Gel的药物释放性能和生物传感器的生物标记物检测能力

图5. 慢性糖尿病伤口的快速愈合和多重伤口生物标志物的可视化监测

相关成果以“Smart Battery-free and Wireless Bioelectronic Platform based on A Nature-skin-derived Organohydrogel for Chronic Wound Diagnosis, Assessment, and Accelerated Healing”为题发表在Nano Energy上。陕西科技大学博士研究生白忠薛为本论文的第一作者，通讯作者为陕西科技大学王学川教授和刘新华副教授以及四川大学陈一宁博士。感谢国家自然科学基金项目（2207081675、22278257），陕西重点研发计划项目（2022GY‐272），陕西省科协青年人才托举计划项目（20200424）和中国博士后基金项目（2021M692000）对本工作的大力支持！

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2023.108989

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（责任编辑：xu）

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