荧光颜色变化的智能创口绷带有效检测微生物感染情况

 

随着智能医疗时代的到来，个体化智能诊疗器件将带来快速的发展。如何实现对创口感染进行智能监测和治疗是个体化诊疗的一个重要领域。目前，用于创口护理的医疗器械一般采用绷带、创口贴等，这些常规的医疗产品虽然对创口治疗有一定的作用，但无法检测创口是否被微生物感染，对于一些较大面积的创口，人们需要定期去医院检查创口并根据情况更换敷料。

最近，浙江大学化学系的邬建敏课题组发明了一种基于荧光颜色变化的智能创口绷带。该智能绷带的核心材料是一种纳米结构的硅。普通的硅材料经过电化学刻蚀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），其大比表面积和丰度的孔道结构可高效地负载药物。此外，pSi经过表面处理后可发出强烈的红色荧光，因而在生物医学，尤其是药物递送、生物成像等领域表现出独特的优势。

邬建敏课题组近年来对多孔硅在溶液体系的发光动力学特性开展了系统的研究，发现pSi荧光在溶液体系中通常经历激活—增大—衰减的过程，并发现溶液中PO43-、OH-等碱性离子以及活性氧（ROS）的存在会显著加速该荧光动力学过程。在负载具有荧光特性的药物分子后，多孔硅—药物之间的荧光共振能量转移 (FRET）效率也随之降低（图1）。

图1. 多孔硅在碱催化氧化作用下的荧光变色机理

他们利用这一独特的性质建立了比率荧光监测创口感染的新方法。通常被微生物感染的慢性伤口ROS和pH值会显著升高。此外，由于感染而导致的细胞DNA释放还会引起伤口PO43-的增加。这些综合因素使药物—多孔硅体系在感染创口中的荧光变色速率显著高于急性伤口（图2），同时药物释放与荧光变色完全协同，达到了诊疗一体化的目的。

图2. pSi智能绷带在慢性感染伤口（上）和急性非感染伤口（下）表现出的荧光颜色变化

荧光pSi的颜色变化既可用肉眼判断，也可采用智能手机摄像与色彩管理APP的方式获得比较准确的定量数据（图3）。

图3. 智能绷带监测创口感染的示意图

该研究成果刊登在美国化学会期刊ACS Nano 上，相关项目研究工作与杭州高斯博医疗用品有限公司合作完成。目前该课题组正积极准备临床试验，力争将该智能创口诊疗材料真正用于人体创口感染的监测和治疗，成为第一代创口个体化智能诊疗产品。