王俊茹|赵超山|罗红丽|张伟鹏|万舒|齐琪|夏增子路|张青|李顺波
教育部光电技术及系统重点实验室，重庆大学光电工程学院新型微纳器件与系统技术重点学科实验室，中国重庆400044
摘要
细菌感染是阻碍伤口愈合的最关键因素之一。目前，治疗中通常使用高剂量和广谱抗菌疗法。然而，这可能导致药物的不当使用，从而促进细菌耐药性的产生，并最终由于伤口细菌感染的多样性以及对药物的不同反应而延迟治疗效果。为了解决这个问题，开发了一种具有细菌识别和按需治疗功能的多功能柔性电子敷料。该系统集成了渗出物收集、细菌检测和局部药物输送等功能。根据细菌识别结果，它可以在治疗区域的相应位置刺激凝胶释放特定抗生素，从而实现伤口治疗的目的。通过模拟伤口模型实现了伤口渗出物的收集和监测，并在小鼠伤口感染模型上验证了这种集成敷料的治疗效果。这种柔性电子敷料有效避免了传统伤口治疗中常见的药物滥用问题。该技术通过针对病原体的特定治疗方案，为对抗抗菌耐药性提供了一种新策略，有可能改变临床伤口管理方法。
引言
一旦皮肤组织在手术中受伤或被切割，细菌和其他病原体就容易进入体内，导致感染[1]、[2]、[3]。在伤口愈合过程中，及时和正确的护理是促进愈合的关键因素。正确选择伤口敷料可以为伤口创造一个有利的愈合环境，促进细胞再生，从而加速愈合过程并缩短恢复时间[4]、[5]。目前，大多数伤口敷料无法实时监测伤口状况并迅速调整治疗计划[6]、[7]、[8]。近年来，随着柔性电子技术的快速发展，智能伤口敷料为实现主动伤口监测和精确伤口护理提供了新的技术途径。可以直接贴在皮肤上的柔性传感器能够持续获取伤口部位的物理化学和生物信息，从而有助于早期识别感染并有助于治疗决策。然而，仅具有单一监测功能的智能敷料在实际伤口管理中的效果往往有限[9]、[10]。因此，将渗出物管理和药物输送等附加功能集成到柔性传感平台中，以构建多功能、集成的智能伤口敷料的需求非常高。
关于与伤口相关的参数，已有研究能够监测多种伤口参数，包括温度、pH值、尿酸、葡萄糖、白细胞介素和细菌，表明传感方式具有相当的多样性[11]、[12]、[13]、[14]、[15]。其中大多数不再局限于单一传感功能，而是结合了渗出物收集或按需治疗等辅助模块。实际上，临床伤口感染涉及多种多样的病原微生物[16]、[17]、[18]，不同的细菌菌株对抗生素的敏感性也存在显著差异[19]、[20]、[21]、[22]。然而，目前的智能敷料在直接识别病原体种类方面的能力有限，无法提供足够的治疗信息。报道的智能伤口敷料通常依赖于广谱抗生素的单一释放，缺乏针对病原体类型的特定治疗方案[23]、[24]。这种治疗方式可能会加速耐药菌株的出现，并由于治疗特异性不足而降低临床效果。此外，长期或过度使用抗生素可能会增加抗生素耐药性的风险、术后感染的风险，并对免疫功能受损的患者构成潜在的健康威胁[25]。一般来说，与伤口相关的病原细菌可以分为革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌[26]。革兰氏阳性细菌具有相对较厚的肽聚糖细胞壁，常用的抗生素主要通过抑制肽聚糖合成和破坏细胞壁完整性来发挥杀菌作用[27]。相比之下，革兰氏阴性细菌具有更复杂的细胞壁结构，不仅包含肽聚糖层，还包含富含脂多糖（LPS）的外膜。外膜中的孔蛋白可以限制抗生素的渗透，而LPS可以进一步减弱药物活性[22]。因此，根据病原体类型选择具有适当作用机制和足够渗透能力的抗生素至关重要。综上所述，准确识别伤口感染病原体并随后实施针对性的抗菌治疗是抑制抗菌耐药性发展和改善伤口治疗结果的关键策略。
基于上述考虑，并为了解决现有智能伤口敷料的局限性——即可识别病原体类型的数量有限以及功能集成程度有限——我们开发了一种能够区分革兰氏阳性和革兰氏阴性伤口病原体并相应提供病原体特异性治疗的柔性电子敷料。该系统在一个设备平台上集成了三个核心功能：伤口渗出物收集、细菌和pH值的协同监测以及按需释放抗生素，从而实现由病原体识别驱动的闭环伤口管理，并有效减少不必要的抗生素使用。
材料与试剂
Sortase A从苏州远奇生物有限公司购买。聚二甲基硅烷（PDMS）从道康宁有限公司购买，聚乙烯三苯基（PET）胶带从杭州大华塑料工业购买。Mxene纳米片从江苏先峰纳米有限公司购买。盐酸和三乙胺从重庆川东化工有限公司购买。肽序列（Fc-LPETGC）、4%甲醛、三（2-羰基乙基）磷酸氢盐（TCEP）也从相关公司购买。
柔性电子伤口敷料的设计
为了监测伤口部位的细菌并提供治疗，设计了一种柔性电子敷料，如图1a和b所示。它由三个功能单元组成：伤口渗出物收集区、检测区和药物治疗区。渗出物收集区采用具有锥形孔的Janus结构。孔的底直径为560微米，顶直径为300微米，高度为400微米。这种锥形结构以及上层的亲水涂层使得...
结论
总之，本研究设计的Janus结构电化学装置突破了传统装置的功能局限。通过集成三个核心功能——单向渗出物收集、特定生物标志物检测和按需药物治疗——它构建了一个从特定检测到靶向治疗的闭环系统。伤口渗出物可以通过Janus微结构传输到检测室，在那里检测Sortase A...
CRediT作者贡献声明
王俊茹：撰写——原始草稿、可视化、方法论、研究。赵超山：可视化、方法论。罗红丽：验证、数据管理。张伟鹏：研究。万舒：验证、资源提供。齐琪：验证。夏增子路：撰写——审稿与编辑、概念化。张青：资源提供、概念化。李顺波：撰写——审稿与编辑、监督、资金获取、概念化。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。
致谢
作者感谢国家自然科学基金（项目编号：62374021和62001066）和重庆市自然科学基金（项目编号：cstc2021jcyj-cxttX0002）的财政支持。
