2016年11月11日 星期五 09:15:33
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一种可实现伤口智能管理的微针敷料

发表时间:2021/9/24

皮肤损伤在所难免,一些慢性病造成的伤口通常需要长期恢复。伤口的慢性愈合会导致细菌感染和出血等严重并发症。传统伤口敷料(纱布和水凝胶等)用于治疗慢性伤口时,存在药物释放不可控、与伤口组织粘连以及功能单一等缺点。为解决这些问题,人们加大了对具有多功能和可控药物释放的伤口敷料的研究。其中,微针(MN)贴片在构建用于伤口智能管理的多功能敷料方面表现出巨大潜力。MN贴片可以穿透皮肤而不会到达神经和血管,实现微创给药。此外,通过使用刺激响应材料将药物分子封装在针头中还能实现可控的药物释放。


用于伤口智能管理的鲨鱼牙齿微针敷料示意图

受鲨鱼牙齿结构启发,南京工业大学研究团队报道了一种用于伤口智能管理的微针贴片。含有图案通道的MN敷料是从激光雕刻的负聚二甲基硅氧烷(PDMS)模具复制而来的。仿生结构使微针贴片在慢性伤口的长期恢复过程中具有稳定的粘附力。利用多孔有序结构和温度响应水凝胶可在微针贴片上构建可控的药物释放系统。由微针阵列和多孔有序结构组成的微流体通道使微针贴片能够分析多种炎症因子。此外,MXene电子元件被图案化在微针贴片上以实现灵敏的运动监测。


具有鲨鱼齿结构的图案化MN贴片的制备


研究人员利用温度响应N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)水凝胶在MN贴片上构建智能药物释放系统。在微针表面引入了多孔IO PC结构增强其药物储存能力。发生感染时伤口区域的温度可高达39.4℃,伤口区域的温度升高会导致温度响应性NIPAM水凝胶收缩,从而释放封装的治疗药物。此外,多功能MN贴片要求将各种功能部件(微针、微流体通道和电极)高度集成到一个完整的贴片中。研究者通过简单的折叠技术制备双面MN贴片,一侧包含用于药物治疗和生化分析的载药微针和微流体通道,另一侧包含用于运动传感的柔性电极。


MN贴片的微流体和电子技术集成

为了验证MN敷料的生化分析能力,使用MN敷料分析样品中包含的乳酸和钙卫蛋白。生物标志物的浓度由检测区域的荧光强度指示。乳酸的荧光强度与浓度范围从0~350 mmol/L呈线性相关。钙卫蛋白的荧光强度和浓度范围从0~300 mg/L呈线性相关。这些结果表明MN敷料能够进行生化分析。为了赋予MN敷料运动感应的能力,在敷料上集成了基于MXene的电路。将敷料分别贴在志愿者的手指、手腕、肘部和膝盖上,然后将其弯曲成不同的角度,并记录相应的阻力变化。结果表明MN敷料具有高灵敏的运动感知能力。为了验证MN敷料促进伤口恢复的能力,动物实验中使用的MN敷料用人表皮生长因子(hEGF)封装。结果表明,载有hEGF的MN敷料处理的伤口表现出更好的恢复能力。


MN敷料在生化传感中的应用



MN敷料在运动传感中的应用


MN敷料在慢性伤口愈合中的应用

相关研究成果以“Shark Tooth-Inspired Microneedle Dressing for Intelligent WoundManagement”为题发表《ACS Nano》上。