无法愈合的慢性伤口对公共卫生构成重大挑战，特别是在糖尿病的情况下。糖尿病以高血糖为特征，可引发骨感染等多种糖尿病相关并发症，给医疗保健系统带来了沉重的负担。目前，全球糖尿病患者超过 4.63 亿，预计到 2045 年，这一数字将增至7亿。受高血糖的影响，糖尿病患者伤口愈合受损、炎症延长、上皮动力学降低，很大程度上会导致慢性创伤的产生，严重者将引发截肢甚至是死亡的发生。伤口愈合是一个动态且复杂的过程，特异性实时监测伤口，及时诊断，并调整治疗方案，以满足糖尿病慢性伤口患者的复杂需求，仍然是慢性伤口监护领域的重大挑战。尽管目前已存在许多关于刺激响应型多功能聚合物材料的伤口贴片研究，但此类贴片仍存在无法提供伤口愈合的实时信息，易受环境干扰，释药量不准确等问题，阻碍了伤口的个性化精准有效的治疗。

针对上述问题，中山大学蒋乐伦/易长青教授团队联合以色列理工学院Hossam Haick提出了一种新的基于聚合物水凝胶的糖尿病伤口多功能诊疗贴片，旨在解决伤口实时监测和按需治疗的关键需求，促进糖尿病患者慢性非愈合伤口的最佳愈合。该贴片采用了多功能和电响应的聚合物材料，利用智能水凝胶和可穿戴生物电子设备的交叉结合来促进糖尿病伤口按需管理。智能多功能水凝胶（MFCPH）是这一创新设计的核心，具有高载药率、导电性和抗菌能力等特性，为伤口愈合创造了有利的环境，通过电化学检测技术可连续监测伤口部位葡萄糖和pH值水平，并根据伤口状况通过离子导入和电刺激提供个性化精准治疗。总体而言，这种诊疗贴片结合了先进的聚合物材料和电控治疗方法，为糖尿病慢性伤口的按需管理提供了新方法和新思路。相关研究在2024年2月29日以“Polymer Hydrogel-Based Multifunctional Theranostics for Managing Diabetic Wounds”为题发表于《Advanced Functional Materials》（DOI：https://doi.org/10.1002/adfm.202315564 ）上。中山大学深圳校区生物医学工程学院硕士生龚霞，博士生郑颖和南华大学电气工程学院杨健副教授为论文的共同第一作者，蒋乐伦教授，易长青教授，以色列理工学院的Hossam Haick教授为论文的共同通讯作者。

（1）无线诊疗伤口管理系统的设计

图1 用于糖尿病伤口管理的无线治疗诊断系统

该无线治疗诊断伤口管理系统由定制的智能手机应用程序、可穿戴电子设备和Thera-patch组成（图1a、b）。其中，MFCPH是将聚多巴胺掺杂的聚吡咯（PDA-PPy）纳米纤维纳入聚丙烯酰胺（PAM）网络制成的。这种结构和PDA-PPy纳米纤维的聚阳离子主链赋予水凝胶高载药量、透光率、皮肤粘附性、导电性和抗菌性能（图1c）。装载胰岛素的MFCPH与一对离子电渗电极一起用于按需药物输送和电刺激。Thera-patch的粘合设计和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的高柔韧性确保了其对不良物理变形的出色弹性（图1d）。综合上述，提出了利用实时伤口监测和按需治疗的闭环伤口管理策略来促进伤口愈合（图1e）。

（2）Thera-Patch 的制造和特性

图2 无线诊疗贴片的理化性能表征

集成的诊疗贴片包括柔性电极阵列层、防渗环和载药MFCPH。柔性电极阵列层可对pH，葡萄糖浓度进行连续监测。pH传感电极在3-9的pH值范围内表现出了阶跃电压响应，pH的灵敏度为-61.7 mV/pH，线性良好，具有可逆pH值的检测能力及特异性。葡萄糖传感器对葡萄糖具有良好的响应，动态线性范围为0-14 mM，灵敏度为0.48 μA/mM，同样也具备良好的检测特异性。MFCPH是通过在聚丙烯酰胺水凝胶网络中引入导电聚合物PDA-PPy纳米原纤维来开发的。这些亲水性纳米纤维，由纳米颗粒原位形成，与水凝胶基质结合形成纳米网，允许更均匀的电刺激，药物传递和可见光通过。

（3）伤口监测生物传感器的体外评估

图3 pH和葡萄糖传感器的体外评估

随后，使用pH传感器通过电位法检测H+的去质子化，证明pH传感器具有高灵敏度、选择特异性、再现性和长期稳定性（图3a-f）。使用计时电流法在0.4 V的电势下测量葡萄糖浓度，证实葡萄糖传感器也具有高灵敏度、长期稳定性和高保持性。

（4）电控药物输送的体外表征

图4 电控药物输送模块的体外表征

在按需给药模块中，施加恒定电流，通过电控释放胰岛素的化疗和电刺激的理疗对糖尿病伤口进行协同治疗（图4a）。Thera-patch的药物递送模块主要由两个用于离子电渗疗法的Ag/AgCl电极和相应的用于载药的MFCPH组成。在本文中，胰岛素通过溶胀吸附法加载到MFCPH中，加载效率高达85.8±3.7%（图4b）。此外，MFCPH的透明性使伤口愈合过程的视觉监测成为可能（图4c-d）。同时，MFCPH具有优异的抗菌效果（图4e-f）和良好的细胞相容性（图4g-h）。接下来，测试了载药量对水凝胶固有特性的影响。MFCPH显示出良好的弹性，膨胀前后的拉伸应变极限从876%下降到550%（图4i）。同时，MFCPH表现出优异的弹性和粘合性，确保紧密的伤口界面（图4j）和牢固的电传输（图4k-l）。图4m显示了Thera-patch 1小时给药过程中每10分钟内的胰岛素渗透量。由于贴剂中药物量的减少，1毫安和2毫安组的药物释放速率逐渐降低，而0.5毫安组的药物渗透速率保持相对一致，这使其成为后续药物释放实验的最佳选择（图4n）。通过应用“开-关”离子电渗疗法循环，胰岛素渗透呈阶梯式增加，证明Thera-patch具有出色的电控按需给药能力（图4o-p）。

（5） 糖尿病大鼠体内闭环伤口管理

图5 伤口治疗诊断系统的体内性能

为了验证创伤治疗诊断系统的能力和功效，在糖尿病大鼠上制造了糖尿病全层创伤。系统评估旨在监测多重创伤相关生物标志物、执行闭环药物输送和治疗效果方面的系统性能（图5a），详细的实验程序如图5b所示。在整个愈合过程中，持续监测糖尿病伤口的pH值和葡萄糖浓度（图5c-i），以闭环管理模式给药的Thera-patch w/离子电渗疗法组（在闭环管理模式下使用无线治疗诊断伤口管理系统对伤口进行治疗，其中基于检测到的伤口葡萄糖浓度触发通过离子电渗疗法（0.5Ma/cm2）的胰岛素递送）表现出优异的伤口愈合能力。图5j-k证明了无线治疗诊断伤口管理系统的准确性，满足误差＜15%的临床要求。使用热图显示pH值和葡萄糖值的波动（图5l，m）：采用离子电渗疗法的Thera-patch组的色块最亮，表明其卓越的伤口管理能力。

（6） 对糖尿病伤口愈合的促进作用

图6 伤口诊疗系统治疗糖尿病伤口的愈合效果

图6a-b的伤口代表性图片和相对面积评估证明了伤口治疗诊断系统具有出色的糖尿病伤口愈合特性。组织学和免疫组化分析显示了各组的组织生长、血管生成和促炎因子表达水平（图6c-i）。