糖尿病是一個(gè)重大的臨床和公共衛(wèi)生問題，影響著 10.5% 的成年人（20-79 歲）【1】。 糖尿病足等慢性傷口愈合困難，常因滲出、感染和缺氧而停滯于炎癥、增殖或重塑階段【2】，愈合周期長達(dá)8–12周 。 目前臨床使用的敷料主要通過物理隔離和滲液管理發(fā)揮被動保護(hù)作用【3】。近年來，研究人員嘗試將柔性電子技術(shù)應(yīng)用于傷口護(hù)理，開發(fā)出能監(jiān)測傷口微環(huán)境并實(shí)施光療【4】、給藥【5】或電刺激（ES）【6】的智能敷料。然而，這類設(shè)備在透氣性 和對 外部電源 依賴等方面仍面臨挑戰(zhàn) 。

2025年7月14日 ， 新加坡南洋理工大學(xué) 魏磊 教授團(tuán)隊(duì) 在 Nature Biomedical Engineering 雜志 發(fā)表 了文章A thermogalvanic cell dressing for smart wound monitoring and accelerated healing，設(shè)計(jì)開發(fā)了一種基于熱電效應(yīng)的 熱原電池 （ TGC ） 敷料。該敷料利用傷口與敷料間的溫度差產(chǎn)生電刺激，實(shí)驗(yàn) 結(jié)果 顯示其對傷口愈合有一定促進(jìn)作用。研究還配套開發(fā)了無線監(jiān)測系統(tǒng)，可記錄傷口電位和溫度變化，并嘗試監(jiān)測呼吸頻率。 該項(xiàng)研究 為慢性傷口管理提供了一種新的技術(shù)思路。

熱原電池（TGC）是一種利用電極間溫差驅(qū)動電解質(zhì)中氧化還原離子遷移，從而產(chǎn)生電位差的裝置。然而，傳統(tǒng) 熱電離子 水凝膠常含重金屬等敏感成分，限制其在傷口環(huán)境中的應(yīng)用。本研究選用生物相容性良好的臨床常用補(bǔ)鐵劑硫酸亞鐵，作為熱電材料，并結(jié)合能與二價(jià)/三價(jià)離子交聯(lián)成膠的海藻酸鹽構(gòu)建TGC水凝膠。

團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種基于海藻酸鹽離子網(wǎng)絡(luò)的TGC水凝膠，并引入微 納 米纖維網(wǎng)絡(luò)以增強(qiáng)彈性和抗疲勞性。針對傷口護(hù)理需求，采用帕丁頓杯法測得敷料的水蒸氣透過率（WVT）與棉紗布相當(dāng)，可有效避免 傷口滲出液 浸漬風(fēng)險(xiǎn)。7天鐵離子緩釋實(shí)驗(yàn)顯示，藻酸鹽水凝膠對離子遷移具 約束 作用，降低了泄漏風(fēng)險(xiǎn)。

傷口在修復(fù)過程中 常 伴隨內(nèi)源性電場，影響上皮形成、神經(jīng)修復(fù)等環(huán)節(jié)。為驗(yàn)證TGC敷料將溫差轉(zhuǎn)化為輔助電場的可行性，團(tuán)隊(duì)開展了系列測試。結(jié)果表明：TGC在多種溫差下均具穩(wěn)定輸出，V-I線性，V-P曲線符合理論；模型仿真與大鼠實(shí)驗(yàn)均顯示，TGC外加電場與內(nèi)源性電位可協(xié)同增強(qiáng)創(chuàng)口電場。

TGC敷料在傷口滲出液管理方面表現(xiàn)良好，體外實(shí)驗(yàn)顯示對綠膿桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率超過99.9%，其機(jī)制與Fe2?誘導(dǎo)Fenton反應(yīng)生成羥基自由基有關(guān)。同時(shí)，離子穩(wěn)定存在提升了材料的細(xì)胞相容性。劃痕實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其電場對細(xì)胞遷移具促進(jìn)作用。動物實(shí)驗(yàn)（糖尿病大鼠全層傷口）中，TGC敷料顯著提升創(chuàng)面閉合率（P<0.05）。為進(jìn)一步評估臨床潛力，研究在豬皮膚創(chuàng)傷模型（直徑40 mm）中接種金黃色葡萄球菌進(jìn)行驗(yàn)證。第14天TGC敷料組愈合率提高約20.6%，第21天達(dá)96.0±2.0%；炎癥早期（第1-3天），創(chuàng)面細(xì)菌載量較對照組下降2-3個(gè)數(shù)量級。

臨床中常通過創(chuàng)口溫度與滲液量判斷炎癥狀態(tài)。針對該需求，研究集成了一套可穿戴無線監(jiān)測系統(tǒng)，包含BLE模塊、ADC與信號放大電路，可實(shí)時(shí)記錄敷料的電壓響應(yīng)。該系統(tǒng)采用三級結(jié)構(gòu)（信號采集-特征提取-神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)決策），用于識別傷口階段（急性、慢性、感染復(fù)發(fā)、潰瘍）。 研究 團(tuán)隊(duì)基于TGC 敷料 的熱電輸出與機(jī)械響應(yīng)，對豬傷口感染模型連續(xù)監(jiān)測7天，采集第0、1、3、7天的電壓與溫度數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)電流波形與呼吸頻率呈周期關(guān)聯(lián)，驗(yàn)證其對病理生理狀態(tài)的敏感性。

綜上，本研究將熱電效應(yīng)引入傳統(tǒng)生物材料體系，提出用于慢性傷口治療的創(chuàng)新策略。所構(gòu)建的TGC敷料在溫度監(jiān)測、滲液管理和電刺激干預(yù)方面表現(xiàn)出多重功能協(xié)同與應(yīng)用潛力。配套開發(fā)的可穿戴無線系統(tǒng)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了傷口溫度動態(tài)追蹤、智能分析與呼吸頻率識別，拓展了傷口管理的數(shù)字化手段。 為 慢性傷口治療提供了新的研究思路 。 未來 可以 擴(kuò)大傷口類型研究范圍（如燒傷、免疫功能障礙、神經(jīng)系統(tǒng)疾病相關(guān)傷口等） 以及 結(jié)合多組學(xué)手段深入解析其作用機(jī)制，推動智能敷料臨床轉(zhuǎn)化。

https://doi.org/10.1038/s41551-025-01440-6

制版人： 十一

參考文獻(xiàn)

1. Yazdanpanah, L. et al. Incidence and Risk Factors of Diabetic Foot Ulcer: A Population-Based Diabetic Foot Cohort (ADFC Study)—Two-Year Follow-Up Study. Int. J. Endocrinol . 2018, 1–9 (2018).

2. Han, G. & Ceilley, R. Chronic Wound Healing: A Review of Current Management and Treatments. Adv. Ther. 34, 599–610 (2017).

3. Farahani, M. & Shafiee, A. Wound Healing: From Passive to Smart Dressings. Adv. Healthc. Mater. 10, 2100477 (2021).

4. Pang, Q. et al. Smart Flexible Electronics-Integrated Wound Dressing for Real-Time Monitoring and On-Demand Treatment of Infected Wounds. Adv. Sci. 7, 1902673 (2020).

5. Guo, M., Wang, Y., Gao, B. & He, B. Shark Tooth-Inspired Microneedle Dressing for Intelligent Wound Management. ACS Nano 15, 15316–15327 (2021)

6. Wang, X.-F. et al. Flexible electrical stimulation device with Chitosan-Vaseline? dressing accelerates wound healing in diabetes. Bioact. Mater. 6, 230–243 (2021).

學(xué)術(shù)合作組織

（*排名不分先后）

戰(zhàn)略合作伙伴

（*排名不分先后）

轉(zhuǎn)載須知

【非原創(chuàng)文章】本文著作權(quán)歸文章作者所有，歡迎個(gè)人轉(zhuǎn)發(fā)分享，未經(jīng)作者的允許禁止轉(zhuǎn)載，作者擁有所有法定權(quán)利，違者必究。

BioArt

Med

Plants

人才招聘

近期直播推薦