一种基于导电聚合物的多重传感器和药物输送阵列

伤口是常见的皮肤损伤，主要由创伤、烧伤、损伤感染、糖尿病、压力性损伤以及老年性血管疾病等潜在疾病引起。伤口愈合涉及错综复杂的生化过程，极易受到感染，尤其是深层皮肤损伤和慢性伤口，从而给患者和医疗系统带来沉重负担。一直以来，临床医生都是通过目测或耗时的实验室检测来评估伤口的严重程度和愈合状态。准确的个人伤口管理对促进伤口愈合至关重要，这通常需要使用伤口绷带或敷料。在这些绷带中加入智能系统以对伤口状况进行定量监测，并在必要时实施治疗提供了显著优势。这种伤口治疗技术的创新，能够减少频繁更换敷料以及到医疗机构就诊的需要，能有效改善病患的伤口护理。

伤口渗出液中包含许多生理参数，包括氧气、pH值、尿酸（UA）以及各种免疫蛋白等生物标志物，可以利用集成传感器和生物传感器进行监测。对这些生物标志物进行实时和长时间的连续监测，可以提供有关伤口愈合状况和伤口环境条件的信息，尤其是有关细菌感染风险的信息。其中，伤口的pH值是一个重要的生物标志物，它在伤口愈合和治疗的不同阶段都会发生动态变化。

基于聚苯胺（PANi）的柔性全固态pH传感器

为了在伤口绷带内构建智能治疗系统，柔性电子器件的开发至关重要，这需要制造柔性电极阵列，并对各种材料进行改性，使其具有不同的功能。目前，柔性电极阵列的制造通常需要复杂的设备，并使用掩膜将电子元件沉积于柔性衬底。例如，通过丝网印刷制造碳质电极，通过蒸发和光刻制造金属电极等。除此之外，激光辐照技术为在柔性衬底上生成激光诱导石墨烯（LIG）电极阵列提供了一种具有成本效益的直接方法，可以按照客户设计的图案进行无接触和无掩模制造。此外，必须对柔性电极阵列进行模块化修饰，以赋予各电极特定的功能。

导电聚合物（CP）是一种前景广阔的功能材料，可满足伤口治疗诊断中的上述所有要求，包括生物传感和化学传感、驱动和药物输送。聚吡咯（PPy）凭借其更快的致动速度和高应变特性，已被广泛用于致动器和药物输送。此外，电极阵列的分布（以二维电极阵列为例）受到特定模块尺寸的限制，特别是在需要高载药量的药物输送载体中。利用三维层叠电极阵列可提高治疗效果。这种设计可以将大尺寸给药载体放置在传感器和生物传感器阵列附近，从而更有效地整合各个组件。

基于PPy的药物控释

据麦姆斯咨询介绍，瑞典林雪平大学和香港中文大学的研究人员近期在Communications Materials上发表了一篇题为“A conducting polymer-based array with multiplex sensing and drug delivery capabilities for smart bandages”的论文。该研究提出了一种基于导电聚合物的多重传感器和药物输送阵列，并将其组装成柔性贴片，进一步集成到用于伤口治疗的智能绷带平台中。该系统利用了在LIG电极阵列上修饰的所选导电聚合物的独特特性，包括PANi中选择性质子化/去质子化的氧化还原可逆性、聚二氧乙基塞吩（PEDOT）的导电性和PPy的体积膨胀性。

这种集成化智能绷带平台能够对pH值（4-10范围）和UA浓度（高达0.9 mM）进行电化学测量，并以此作为伤口状态指标，同时还能在恶劣条件下通过0.6 V的电刺激按需释放环丙沙星（Cipro）。可将这种pH传感器和UA生物传感器阵列与药物载体组装成一个三维多重贴片，并与具有板载微控制器和蓝牙功能的柔性印刷电路板（FPCB）集成在一起。这种智能绷带平台有望在伤口管理中用于伤口生物标记检测、可控药物输送和无线连接，从而实现更智能更准确的伤口治疗诊断。

基于多功能导电聚合物的智能绷带

论文链接：
https://doi.org/10.1038/s43246-024-00469-5

审核编辑：刘清