《Advanced Science》：Wearable Battery-Free Electrotherapy of Smartsensors for Wound Healthcare
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针对慢性伤口管理中电疗设备笨重、能量供应有限及难以实时监测伤口动态的难题，研究人员开发了一种基于多巴胺修饰MXene/银纳米线/细菌纤维素（PMAB）交叉互穿网络的无电池可穿戴智能传感创面敷料。该敷料集成了固态超级电容器，无需外部电池即可提供1V的电刺激（ES），在体外实验中促进成纤维细胞增殖（>70%）与定向迁移，并在大鼠体内显著加速伤口愈合。其优异的机械传感性能还能实时监测伤口形变。这项研究为集治疗与监测功能于一体的可穿戴智能医疗设备设计提供了新思路，具有显著的临床转化潜力。
皮肤是人体最大的器官，也是抵御外界伤害的第一道防线。一旦发生损伤，尤其是难以愈合的慢性伤口，如糖尿病足溃疡，不仅给患者带来巨大痛苦，也构成了沉重的医疗负担。传统的伤口管理依赖物理覆盖和定期换药，医生难以实时、定量地评估愈合进程。而电刺激（ES）作为一种能够模拟体内内源性电场、促进细胞迁移和增殖的非侵入性疗法，已被证明能有效加速伤口愈合。然而，现有的电疗设备通常体积庞大，需要连接外部电源并由专业人员在医院操作，极大地限制了其在家庭和日常场景中的应用。与此同时，如何将治疗与监测功能集成于一身，开发出一种能够“智能”感知伤口状态并“按需”提供治疗的敷料，成为了生物医学工程领域一个激动人心的挑战。
这项发表于《Advanced Science》的研究，正致力于解决上述难题。研究团队报告了一种创新的、无需外部电池供电的可穿戴智能伤口敷料。它巧妙地将治疗与传感功能合二为一，既能通过内置的超级电容器提供促进愈合的电刺激，又能像灵敏的“皮肤”一样，实时感知伤口的细微形变，为伤口管理的“智能化”提供了全新的解决方案。
为了制备这种多功能敷料，研究人员采用了几个关键技术。首先，他们通过多巴胺（DA）的原位氧化自聚，在MXene纳米片表面形成了一层聚多巴胺（pDA）保护层，这显著增强了MXene的抗氧化和机械稳定性。其次，他们将pDA修饰的MXene与掺有银纳米线（Ag NWs）的细菌纤维素（BC）水凝胶通过氢键作用结合，构建了一种稳定的交叉互穿网络（IPN）结构，即PMAB复合材料。最后，他们以PMAB为电极材料，制备了对称固态超级电容器（SCCs），作为为电刺激供电的集成化微型电源。在验证实验中，研究使用了小鼠成纤维细胞（NIH 3T3）进行体外细胞行为测试，并建立了大鼠背部全层皮肤缺损模型进行体内伤口愈合疗效评估。
2.1 无电池可穿戴电疗伤口贴片的设计
研究人员首先设计了整个智能敷料系统。其核心是由PMAB薄膜制成的固态超级电容器，它可以储存能量并在需要时释放，产生外源性电场（EF）。这个电场能促进伤口处成纤维细胞的迁移、增殖和组织再生，同时敷料中的银纳米线提供了抗菌功能。此外，得益于MXene与BC的交叉网络结构，材料在受到压力时层间距会发生变化，进而引起电阻改变，这使得PMAB薄膜本身就能作为一个高灵敏度的应变传感器，用于监测伤口愈合过程中的形变。
通过对材料的详细表征，研究证实了pDA成功修饰在MXene表面，并形成了预期的互穿网络结构。?2. Inset: Schematic illustration of electron migration in PMAB. (j) GCD curves of single SCCs and two SCCs in series."> 关键性能测试显示，pDA修饰使MXene薄膜在60天内的电阻仅增加至初始值的1.5倍，抗氧化性显著提升。PMAB复合薄膜的最大拉伸强度达到145 KPa，是纯MXene的9倍，并具有良好的柔韧性。以此制备的超级电容器在5 mA cm?2的电流密度下，面积比电容高达2500 mF cm?2，循环5000次后电容保持率达84%。将两个超级电容器串联，可获得1V的稳定输出电压，足以用于有效的电刺激。
2.2 电刺激促进细胞行为及生物相容性评估
接下来，研究在细胞层面验证了电刺激的效果。由超级电容器供电的PMAB敷料能产生稳定的电场。模拟和实验均表明，该电场能使成纤维细胞（NIH 3T3）定向排列，并显著促进其迁移和增殖。在1V电压刺激下，细胞的迁移速率是对照组的两倍，增殖率超过70%。此外，得益于银纳米线的加入，PMAB材料对大肠杆菌（E. coli）和金黄色葡萄球菌（S. aureus）的抑制率分别超过80%和75%，且溶血率低于5%，显示出良好的抗菌性和生物相容性。研究还初步演示了将PMAB薄膜附着于手腕、肘部等部位，可以稳定监测关节运动、吞咽等生理信号，证明了其作为可穿戴表皮传感器的潜力。
2.3 用于伤口健康管理的无电池电疗可穿戴智能传感器
最后，研究在大鼠全层皮肤缺损模型上进行了体内验证。将集成了超级电容器的PMAB智能敷料贴敷于伤口，每天施加1V电压刺激30分钟。结果显示，经过15天治疗，电刺激组的伤口几乎完全愈合（≤2%），而对照组仍有15%的伤口未愈合。组织学分析（H&E和Masson染色）进一步证实，电刺激组新生表皮更厚，胶原纤维沉积更密集、排列更有序，表明电刺激有效促进了上皮再生和组织重塑。同时，集成在敷料中的PMAB传感器能够灵敏地监测到伤口在愈合过程中（第1、7、15天）的形变信号变化，并通过智能手机实现无线、实时传输，为伤口状态的动态评估提供了可能。
研究结论与意义
本研究成功开发了一种基于PMAB复合材料的无电池、可穿戴、智能传感一体化伤口敷料。该工作通过巧妙的材料设计，将pDA修饰的MXene与Ag NWs掺杂的BC构建成交叉互穿网络，使材料同时具备了优异的抗氧化性、机械强度、导电性、抗菌性和高电容性能。基于此材料构建的固态超级电容器，能作为微型内置电源，提供稳定有效的电刺激（1V），在体外和体内实验中均被证实能显著加速细胞迁移、增殖，并最终促进伤口愈合。更重要的是，该敷料本身即是一个高灵敏度的机械传感器，可实时、无线监测伤口形变，实现了治疗与监测功能的真正集成。
这项研究的突破性意义在于，它首次将高性能能量存储模块（超级电容器）与灵敏的传感功能，通过一种多功能生物材料完美地融合到单一、柔性、可穿戴的敷料平台中。它不仅解决了传统电疗设备笨重、依赖外部电源的瓶颈，还通过“感知-反馈”的智能闭环，为个性化、精准化的伤口管理提供了创新范式。这为未来设计新一代集诊断、治疗、监测于一体的智能医疗器械开辟了新的道路，在慢性伤口护理、术后康复、远程医疗等领域具有广阔的应用前景。
