第一个瞬态电子绷带使愈合速度提高30%

西北大学的研究人员开发出首创的小型、灵活、可拉伸绷带，可通过直接向伤口部位提供电疗来加速愈合。

在一项动物研究中，新绷带治愈糖尿病溃疡的速度比没有绷带的小鼠快 30%。

绷带还主动监测愈合过程，然后在不再需要时无害地溶解——电极和所有东西——进入身体。这种新设备可以为糖尿病患者提供一个强大的工具，他们的溃疡会导致各种并发症，包括截肢甚至死亡。

该研究将在线发表在 2 月 22 日出版的《科学进展》杂志上。它标志着第一个能够提供电疗的生物可吸收绷带和智能再生系统的第一个例子。

“当一个人出现伤口时，目标始终是尽快闭合伤口，” 该研究的共同负责人、西北大学的吉列尔莫 A. 阿米尔 (Guillermo A. Ameer)说。“否则，开放性伤口很容易感染。而且，对于糖尿病患者来说，感染更难治疗，也更危险。对于这些患者，对真正适合他们的具有成本效益的解决方案存在重大未满足的需求。我们的新型绷带具有成本效益、易于应用、适应性强、舒适且能有效闭合伤口以防止感染和进一步并发症。”

“虽然它是一种电子设备，但与伤口床接触的活性成分是完全可吸收的，”西北大学的 约翰·A·罗杰斯 (John A. Rogers)说，他是这项研究的共同负责人。“因此，材料在愈合过程完成后自然消失，从而避免了物理提取可能对组织造成的任何损伤。”

作为再生工程专家，Ameer 是西北大学麦考密克工程学院生物医学工程 Daniel Hale Williams 教授 和西北大学 Feinberg 医学院 外科教授 。他还指导 高级再生工程中心 (CARE) 和由国立卫生研究院资助的博士前再生工程培训计划。Rogers 是 McCormick and Feinberg 材料科学与工程、生物医学工程和神经外科的 Louis Simpson 和 Kimberly Querrey 教授。他还领导 Querrey Simpson 生物电子学研究所。

电功率

在，将近 3000 万人患有糖尿病，其中约 15% 至 25% 的人在其生命中的某个阶段会患上糖尿病足溃疡。由于糖尿病会导致神经损伤并导致麻木，因此糖尿病患者可能会出现一个简单的水泡或小划痕，这些都不会引起注意和治疗。由于高葡萄糖水平还会使毛细血管壁增厚，血液循环减慢，使这些伤口更难愈合。小伤演变成危险的伤口是一场完美的风暴。

研究人员很好奇，想看看电刺激疗法是否可以帮助缝合这些顽固的伤口。根据 Ameer 的说法，受伤会扰乱身体的正常电信号。通过施加电刺激，它可以恢复身体的正常信号，吸引新细胞迁移到伤口床。

“我们的身体依靠电信号发挥作用，”阿米尔说。“我们试图恢复或促进伤口处更正常的电环境。我们观察到细胞迅速迁移到伤口并在该区域再生皮肤组织。新的皮肤组织包括新的血管，炎症得到了抑制。”

从历史上看，临床医生使用电疗进行治疗。但大多数设备包括有线、笨重的设备，只能在医院环境的监督下使用。为了设计一款更舒适、可以在家中全天候佩戴的产品，Ameer 与生物电子先驱 Rogers 合作，Rogers 于 2018 年首次 引入了生物可吸收电子医学的概念 。

遥控

两位研究人员和他们的团队最终开发出一种小巧灵活的绷带，可以轻柔地包裹住受伤部位。智能再生系统的一侧包含两个电极：一个位于伤口床顶部的微小花形电极和一个位于健康组织上并环绕整个伤口的环形电极。该设备的另一侧包含一个为系统供电的能量收集线圈和一个实时无线传输数据的近场通信 (NFC) 系统。

该团队还包括可以评估伤口愈合情况的传感器。通过测量电流穿过伤口的电阻，医生可以监测进展情况。电流测量值的逐渐降低与愈合过程直接相关。因此，如果电流仍然很高，那么医生就会知道出了什么问题。

通过构建这些功能，该设备可以在没有电线的情况下进行远程操作。从远处看，医生可以决定何时应用电刺激并可以监测伤口的愈合进程。

“当伤口试图愈合时，它会产生一个潮湿的环境，”阿米尔说。“然后，随着它的愈合，它应该会干涸。水分会改变电流，因此我们能够通过跟踪伤口中的电阻来检测到这一点。然后，我们可以收集这些信息并无线传输。通过伤口护理管理，我们理想情况下希望伤口在一个月内闭合。如果需要更长的时间，这种延迟会引起担忧。”

在一项小型动物模型研究中，研究人员每天仅施加 30 分钟的电刺激。即使是这么短的时间，关闭速度也加快了 30%。

消失的行为

当伤口愈合时，花形电极就会溶解到体内，无需将其取回。该团队用一种叫做钼的金属制造电极，这种金属广泛用于电子和半导体应用。他们发现当钼足够薄时，它可以生物降解。此外，它不会干扰愈合过程。

“我们是第一个证明钼可以用作伤口愈合的可生物降解电极的人，”Ameer 说。“大约六个月后，大部分都消失了。我们发现器官中几乎没有积聚。没有什么不寻常的。但是我们用来制造这些电极的金属量非常少，我们预计它不会造成任何重大问题。”

接下来，该团队计划在更大的动物模型中测试他们的绷带对糖尿病性溃疡的作用。然后，他们的目标是在人体上进行测试。由于绷带利用人体自身的愈合能力而不释放药物或生物制剂，因此它面临的监管障碍较少。这意味着患者可能会更快地在市场上看到它。

这项名为“用于伤口部位电疗和阻抗传感的生物可吸收、无线无电池系统”的研究得到了国家糖尿病、消化和肾脏疾病研究所以及 CARE 的部分支持。西北大学生物医学工程博士研究生约瑟夫·宋为共同第一作者。