北科大许利苹、中科院理化所王树涛/万茜子合作AFM：智能可剥离水凝胶贴片问世，慢性伤口监测告别二次损伤

慢性伤口因高血糖、生长因子缺乏等病理因素难以愈合，给患者和社会带来沉重负担。现有智能贴片虽能实时监测伤口，但面临双重困境：一方面，伤口渗出液和汗液会阻碍贴片与组织紧密贴合，导致检测信号失真；另一方面，传统贴片移除时易造成表皮撕裂或炎症反应，约30%的患者经历二次损伤。如何在维持动态稳定粘附的同时实现无创剥离，成为慢性伤口监测的核心挑战。

北京科技大学许利苹教授、中国科学院理化技术研究所王树涛研究员、万茜子副研究员合作开发出一种“按需可剥离比色（ODC）贴片”，通过非对称相变结构与水凝胶微点的集成，实现了慢性伤口的无创监测。该贴片在干/湿环境下均具备强粘附力（约23.6 N/m），且在42–44℃的温和温度刺激下，粘附切换比超过1200%。嵌入的独立水凝胶微点可同步检测伤口液中的pH、葡萄糖、尿酸和乳酸四种生物标志物，检测数据通过手机应用实时分析并生成治疗建议。在糖尿病大鼠模型中，该贴片使伤口愈合率提升11.3%。

技术突破详解

图1展示了ODC贴片的设计理念：贴片由疏水性PDMS基质（H-PDMS支撑层与L-PDMS/石蜡粘附层）通过界面互穿和硅氢加成反应紧密结合，亲水性水凝胶微点嵌入其中形成检测位点。这种结构使贴片既能牢固附着于伤口，又可通过温度触发粘附层固-液相变实现无痛剥离。

图1. 集成ODC贴片的设计概念 a) ODC贴片应用于慢性伤口管理的示意图。集成手机应用的ODC贴片可实现伤口状态的比色分析、实时监测与追踪，使用后可无创移除。 b) 通过界面互穿和界面硅氢加成反应制备ODC贴片的示意图，亲水性水凝胶微点被牢固嵌入疏水性PDMS基质中。

图2揭示了材料优化过程：通过调控混合石蜡（MP）的液固比例（1:1）及在L-PDMS中的含量（40%），使粘附层相变温度精准控制在42℃（略高于体温但安全）。扫描电镜显示，水凝胶微点（绿色多孔结构）与PDMS基质（红色致密结构）边界清晰且无缝连接，XRD图谱证实石蜡成功掺入粘附层。

图2. 集成ODC贴片的结构与成分优化 a) CLSM图像显示水凝胶微点（绿色）嵌入PDMS基质（红色）。 b) SEM图像及c) PDMS-水凝胶界面的EDX图谱，显示清晰边界与无缝集成。 d) 示意图和e) SEM图像展示H-PDMS和L-PDMS/MP结构。 f) L-PDMS/MP层的XRD图谱。 g) MP相变温度随液固石蜡比例的变化关系。 h) L-PDMS/MP相变温度随MP含量的变化关系。 i) 不同MP含量下贴片在25°C和45°C的粘附力变化。 j) MP与L-PDMS/MP的DSC曲线。 k) 集成ODC贴片的温度依赖性粘附力变化曲线。

图3验证了贴片的核心性能：25℃时贴片在皮肤上粘附力达23.6 N/m，升温至45℃后骤降1200%。共聚焦显微镜显示，室温下贴片能完全排挤界面水层（干/湿环境均适用），而升温后水分子重新渗入界面导致粘附失效。这种可逆相变使贴片在5次循环后仍保持80%以上粘附力，且移除时对大鼠皮肤的损伤远低于商用胶带。

图3. 集成ODC贴片的按需皮肤粘附与干/湿粘附性能 a) 温度触发粘附转换的示意图及光学图像。 b) 25°C和45°C的代表性力-位移曲线，粘附力切换比≈1200%。 c) 可逆相变过程的示意图及显微图像：25°C呈微米级粗糙结构，45°C转为光滑结构。 d) 干/湿条件下ODC贴片按需粘附与剥离的循环测试。 e) 贴片在干/湿条件下对不同基材的切换粘附性能。 f) 示意图及CLSM图像显示25°C和45°C时贴片在水下与玻璃基底的接触状态。 g) 通道分离后的Z轴荧光强度（插图：扫描方向示意图）。 h) 界面能计算验证水或其他生物流体与L-PDMS中MP的竞争性替代关系。

图4证实了检测可靠性：水凝胶微点对人工伤口液的接触角（15.6°）显著低于PDMS基质（113.7°），可高效捕获渗出液。四种生物标志物的检测结果均呈线性响应：pH值在5.5–8.0区间与蓝绿比（B/G）相关，葡萄糖、尿酸和乳酸浓度变化与灰度强度强相关。在模拟糖尿病感染伤口（L-3）中，贴片成功识别出所有异常指标（pH 8.0、葡萄糖15 mM等）。

图4. 集成ODC贴片的传感性能 a) 伤口液中四种生物标志物：pH、葡萄糖、尿酸和乳酸。 b) 人工伤口液在水凝胶微点和PDMS基质上的接触角（左），及水凝胶微点动态捕获过程（右）。 c-f) 比色校准曲线：c) pH, d) 葡萄糖, e) 尿酸, f) 乳酸。 g-j) 三种人工伤口液的比色分析：g) pH值, h) 葡萄糖水平, i) 尿酸水平, j) 乳酸水平（灰色虚线代表正常值：pH 7.0，葡萄糖7 mM，尿酸500 μM，乳酸4 mM）。

图5展示了临床应用价值：集成手机应用的智能系统可分析八微点阵列（4个pH传感点+4个葡萄糖传感点）的检测数据，并生成用药建议。在糖尿病大鼠感染模型中，贴片早期发现pH骤升和葡萄糖骤降，经药物治疗后第6天指标恢复正常。移除时通过安全温度加热实现无创剥离，15天后药物治疗组伤口面积仅剩3.1%（对照组为14.4%）。

图5. 智能ODC贴片用于原位慢性伤口监测 a) 大鼠慢性伤口智能监测过程示意图。 b) 比色分析手机应用的架构图及c) 光学图像。 d) 含pH和葡萄糖传感器阵列的智能ODC贴片示意图。 e,f) 糖尿病大鼠感染/非感染伤口各生物传感器的动态变化：e) pH值, f) 葡萄糖水平。 g) 药物治疗组与对照组的伤口愈合代表性图像及h) 示意图（比例尺：1 cm）。 i) 大鼠糖尿病伤口的贴片无创移除（比例尺：1 cm）。

未来展望

该贴片首次将多重检测、干湿粘附、按需剥离三大功能集成于柔性平台，不仅为慢性伤口管理提供无创解决方案，其非对称相变结构更为其他医械-湿组织接口设计开辟新路径。团队指出，未来可通过添加多孔结构进一步提升透气性（目前已达73.6 g·m⁻²·h⁻¹，超过皮肤汗液蒸发率），推动临床转化。

来源：高分子科学前沿

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