熒光顏色變化的智能創(chuàng)口繃帶有效檢測微生物感染情況

隨著智能醫(yī)療時代的到來，個體化智能診療器件將帶來快速的發(fā)展。如何實現(xiàn)對創(chuàng)口感染進行智能監(jiān)測和治療是個體化診療的一個重要領(lǐng)域。目前，用于創(chuàng)口護理的醫(yī)療器械一般采用繃帶、創(chuàng)口貼等，這些常規(guī)的醫(yī)療產(chǎn)品雖然對創(chuàng)口治療有一定的作用，但無法檢測創(chuàng)口是否被微生物感染，對于一些較大面積的創(chuàng)口，人們需要定期去醫(yī)院檢查創(chuàng)口并根據(jù)情況更換敷料。

最近，浙江大學(xué)化學(xué)系的鄔建敏課題組發(fā)明了一種基于熒光顏色變化的智能創(chuàng)口繃帶。該智能繃帶的核心材料是一種納米結(jié)構(gòu)的硅。普通的硅材料經(jīng)過電化學(xué)刻蝕后可形成具有良好生物可降解性及生物相容性的多孔硅（pSi），其大比表面積和豐度的孔道結(jié)構(gòu)可高效地負(fù)載藥物。此外，pSi經(jīng)過表面處理后可發(fā)出強烈的紅色熒光，因而在生物醫(yī)學(xué)，尤其是藥物遞送、生物成像等領(lǐng)域表現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢。

鄔建敏課題組近年來對多孔硅在溶液體系的發(fā)光動力學(xué)特性開展了系統(tǒng)的研究，發(fā)現(xiàn)pSi熒光在溶液體系中通常經(jīng)歷激活—增大—衰減的過程，并發(fā)現(xiàn)溶液中PO43-、OH-等堿性離子以及活性氧（ROS）的存在會顯著加速該熒光動力學(xué)過程。在負(fù)載具有熒光特性的藥物分子后，多孔硅—藥物之間的熒光共振能量轉(zhuǎn)移 (FRET）效率也隨之降低（圖1）。

圖1. 多孔硅在堿催化氧化作用下的熒光變色機理

他們利用這一獨特的性質(zhì)建立了比率熒光監(jiān)測創(chuàng)口感染的新方法。通常被微生物感染的慢性傷口ROS和pH值會顯著升高。此外，由于感染而導(dǎo)致的細(xì)胞DNA釋放還會引起傷口PO43-的增加。這些綜合因素使藥物—多孔硅體系在感染創(chuàng)口中的熒光變色速率顯著高于急性傷口（圖2），同時藥物釋放與熒光變色完全協(xié)同，達(dá)到了診療一體化的目的。

圖2. pSi智能繃帶在慢性感染傷口（上）和急性非感染傷口（下）表現(xiàn)出的熒光顏色變化

熒光pSi的顏色變化既可用肉眼判斷，也可采用智能手機攝像與色彩管理APP的方式獲得比較準(zhǔn)確的定量數(shù)據(jù)（圖3）。

圖3. 智能繃帶監(jiān)測創(chuàng)口感染的示意圖

該研究成果刊登在美國化學(xué)會期刊ACS Nano上，相關(guān)項目研究工作與杭州高斯博醫(yī)療用品有限公司合作完成。目前該課題組正積極準(zhǔn)備臨床試驗，力爭將該智能創(chuàng)口診療材料真正用于人體創(chuàng)口感染的監(jiān)測和治療，成為第一代創(chuàng)口個體化智能診療產(chǎn)品。