在醫(yī)學領域，慢性傷口（如糖尿病足、靜脈性潰瘍等）一直是最令人頭疼的“沉默負擔”。它們恢復緩慢、感染率高、治療周期長，嚴重影響患者生活質量，也造成巨大的醫(yī)療負擔，造成了相當大的經(jīng)濟負擔，并深刻影響了患者的生活質量。準確預測傷口愈合狀態(tài)對于做出明智的決策和根據(jù)患者特定需求及時進行個性化干預至關重要，從而有可能縮短恢復時間并改善整體結果。

4月23日，加州理工學院的研究者們在《科學轉化醫(yī)學》發(fā)表研究文章，他們設計了一種可穿戴設備 iCares，用于優(yōu)化緩慢釋放的傷口液的收集并感應活性氧和氮物質、pH 值和溫度。在糖尿病小鼠中，傳感器檢測到皮膚傷口感染期間這些因素的變化，并通過抗生素治療使得它們消退。在 20 名慢性傷口人類患者的隊列中，iCares 多參數(shù)傳感器測量與機器學習算法配對，以對傷口的嚴重程度和愈合的可能性進行分類。這種原位傷口滲出液分析的進一步發(fā)展可以提供對傷口狀態(tài)的客觀評估，為慢性傷口的治療決策提供信息。——Molly Ogle（編輯總結）

 圖1 iCares，一種用于傷口滲出液管理、反應性物種分析和個性化傷口評估的無線智能繃帶 

1 研究框架：從采樣到AI決策的閉環(huán)系統(tǒng)

這項研究的最大亮點在于為解決慢性傷口滲出液采集難、分析難、連續(xù)監(jiān)測難的挑戰(zhàn)，研究團隊提出的集“微流控采集 + 柔性傳感 + 無線通信”于一體的iCares智能繃帶系統(tǒng)，其結構設計可劃分為以下幾個核心模塊：

圖1展示了iCares的完整構成，從外形上看，它是一個貼附于傷口表面的智能創(chuàng)口貼。其核心特征包括：

1. 柔性多參數(shù)傳感器陣列（圖1C）：可檢測NO、H?O?、O?、pH、溫度。

2. 三層微流控結構（圖1B）：

* Janus膜（超疏水/超親水）促進單向液體流動；

* 楔形通道加速液體吸入；

* 漸變微柱用于流體更新。

3. 層疊式封裝結構（圖1F）：

* 從底到頂依次為PET基底、電極層、微流控通道層、感測模塊、無線通信PCB、電池、PDMS保護層。

4. 無線通信模塊（圖1G）：通過藍牙實時傳輸生化數(shù)據(jù)至移動終端。

5. 臨床適配能力：兼容Tegaderm等商用醫(yī)用貼膜，可無創(chuàng)貼附于人體傷口（圖1H）。

 圖2 用于高效傷口滲出液管理的 triad 微流體模塊的設計和表征 

圖2集中展示了iCares中最關鍵的“微流控液體管理系統(tǒng)”，其結構獨特之處在于無需泵、電源或外部操作，即可實現(xiàn)：

1. 高效采集（Janus膜）

圖2B/C中展示的Janus膜由涂覆納米二氧化硅的PET制成，一面超疏水，一面超親水，利用拉普拉斯壓力差形成單向流體通路；

膜孔徑為100 μm，間距100 μm，支持均勻、快速液體通過。

2. 導液傳輸（楔形通道）

圖2E/F中對比了楔形與普通通道，借鑒仙人掌刺水收集原理，設計了6°夾角的楔形結構，大大提升了液體傳輸速率；

數(shù)值模擬驗證了此設計的液體導向優(yōu)勢。

3. 液體更新（漸變微柱）

圖2G/H展示了漸變高度的三維微柱陣列，利用毛細力差異實現(xiàn)液體自動“刷新”；

采用紅藍染料實驗驗證：與均勻微柱相比，漸變結構幾乎可消除液體交叉混合，保證時間分辨率。

4. 整體自動操作（圖2I）

在連續(xù)液體滴加實驗中，前一滴液體（紅色）會被“推出”感應區(qū)，后一滴液體（藍色）自動進入，整個過程無需主動控制。

 圖3 柔性多參數(shù)電化學傳感器 高靈敏，多指標，抗干擾 

圖3 聚焦于傳感器陣列的材料、結構與電化學性能優(yōu)化，核心內(nèi)容如下：

1. NO傳感器（圖3B/C）

* 使用激光刻蝕石墨烯（LEG）與石墨烯氧化物（GO）構建電極；

* 血紅蛋白（Hb）作為識別分子，能夠在?0.8 V下將NO還原為N?O，從而實現(xiàn)高選擇性檢測；

* 在模擬傷口液中對NO濃度（0.5–45 μM）呈線性響應，抗干擾能力極強。

2. O?傳感器（圖3D/E）

* 采用噴墨打印金納米顆粒（AuNP）電極，在?0.15 V下檢測氧還原；

* 響應范圍1.26–6.57 ppm，靈敏度優(yōu)良。

3. H?O?傳感器（圖3F/G）

以普魯士藍（PB）/六氰鐵鎳（NiHCF）雙層修飾電極，提高中性pH環(huán)境下穩(wěn)定性；

檢測限達0.25 μM，靈敏度5.91 nA/μM。

4. pH與溫度傳感器（圖3H/I）

* pH傳感器基于電聚合苯胺（PANI），可在pH 6–8范圍內(nèi)穩(wěn)定工作；

* 溫度傳感器基于碳墨阻性變化，支持傳感器校準。

* 系統(tǒng)穩(wěn)定性與多參數(shù)協(xié)同（圖3J–L）

* 設備在機械變形（如50次彎折）后依然保持響應穩(wěn)定；

* 多參數(shù)聯(lián)合監(jiān)測顯示良好互補性和無明顯交叉干擾；

* 微流控系統(tǒng)的存在大幅提升了動態(tài)濃度變化響應的準確性與穩(wěn)定性（圖3L）。

通過上述集成設計，iCares不僅僅是一塊“高科技繃帶”，更是一個可持續(xù)運行的“現(xiàn)場實驗室”，將復雜的生理信號轉化為可被AI解析的數(shù)據(jù)，為傷口管理提供“感知+決策”新范式。

2 臨床意義：讓慢性傷口管理從“經(jīng)驗”邁入“數(shù)據(jù)時代”

1. 實時監(jiān)測，早期預警

在小鼠模型中，iCares能在感染臨床癥狀出現(xiàn)前通過H?O?等信號檢測出傷口異常，實現(xiàn)早干預、早治療。

2. 人體實驗驗證，準確預測

在20位慢性傷口患者的臨床應用中，AI模型對愈合時間預測的準確率高達94%。對于慢性傷口的個性化治療與資源優(yōu)化配置具有重要價值。

3. 適用于資源受限地區(qū)

傳統(tǒng)傷口管理需頻繁前往?？漆t(yī)院，iCares則有望實現(xiàn)居家穿戴、自主監(jiān)測、遠程干預，尤其適用于老齡患者和發(fā)展中國家的基層醫(yī)療場景。

 圖4 使用糖尿病小鼠模型對 iCares 進行體內(nèi)評估

 圖5 人工智能驅動的 iCares 在慢性傷口患者中的體內(nèi)評估 

3 科學洞察：從生理過程到治療反饋的“透明窗口”

iCares的關鍵優(yōu)勢在于將傷口“不可見”的內(nèi)在變化變?yōu)椤翱梢姟钡臄?shù)字信號——

NO反映血流重建與免疫調(diào)節(jié)；

H?O?是感染與氧化應激的重要信號；

O?含量關系到局部供血與組織代謝。

當這些指標被連續(xù)監(jiān)測并以AI模型處理后，就像為傷口“裝上了傳感器+大腦”，具備了感知-分析-響應的智能能力。

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盡管該研究已經(jīng)提供了關于傷口滲出物采樣、監(jiān)測和分析的有希望的初步數(shù)據(jù)。但是，也存在幾個限制。第一，盡管 iCares 系統(tǒng)的設計是柔性的，但其固定的形狀限制了它適應不同深度、不規(guī)則輪廓或愈合過程中動態(tài)變化的傷口的能力。第二，可以使用激光切割、噴墨打印和 3D 打印大規(guī)模制造 iCare 組件;裝配過程需要精確對中和手動作。這種復雜性可能會給大規(guī)模生產(chǎn)和一致性帶來挑戰(zhàn)，從而可能影響可重復性。第三，iCares 系統(tǒng)主要是為監(jiān)測而設計的，不包括集成治療模塊。

最后，該研究缺乏足夠的臨床驗證，因為傷口狀態(tài)與傷口滲出液中各種生物標志物之間的相關性仍未完全確定。解決這一差距需要全面的臨床試驗來驗證我們的發(fā)現(xiàn)并提高這些生物標志物在不同傷口條件下的預測準確性。通過對不同的患者群體進行廣泛的臨床試驗以驗證系統(tǒng)的有效性和可靠性，研究者在文章中寫道：預計未來的研究將大大加強慢性傷口管理，提供更精確的數(shù)據(jù)驅動方法來改善患者護理和治療結果，同時減輕醫(yī)療保健提供者的負擔。

Canran Wang et al., A microfluidic wearable device for wound exudate management and analysis in human chronic wounds.Sci. Transl. Med.17,eadt0882(2025).DOI:10.1126/scitranslmed.adt0882

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撰文 | 羅虎

審核 | 醫(yī)工學人理事會