近日，南京郵電大學(xué)柔性電子全國重點實驗室、化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院汪聯(lián)輝教授和王婷教授團隊在柔性電化學(xué)傳感領(lǐng)域取得重要進展。該團隊開發(fā)出一種新型柔性生物電子傳感系統(tǒng)可實現(xiàn)傷口原位、實時、高保真和多模態(tài)監(jiān)測。10月7日，相關(guān)研究成果以“Soft bioelectronics embedded with self-confined tetrahedral DNA circuit for high-fidelity chronic wound monitoring”為題，發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊Nature Communications上。博士后趙曉為論文第一作者，汪聯(lián)輝教授和王婷教授為論文的共同通訊作者。
慢性傷口的評估與治療是臨床醫(yī)學(xué)的一大挑戰(zhàn)。傷口處的蛋白質(zhì)，特別是炎癥相關(guān)蛋白，是判斷愈合進展的關(guān)鍵“信使”。然而，這些蛋白質(zhì)生物標志物在傷口滲出液中濃度極低，且傷口環(huán)境復(fù)雜，導(dǎo)致現(xiàn)有生物傳感器普遍面臨以下難題：靈敏度不足、易受人體活動干擾、長期使用性能下降且易被污染。針對上述傷口生物傳感面臨的問題，汪聯(lián)輝教授和王婷教授團隊開發(fā)了一種自限域四面體DNA循環(huán)放大電路（SCTD）嵌入式柔性生物傳感器用于全面、高保真監(jiān)測傷口各階段特異性蛋白質(zhì)和生物物理指標（圖1a）。借助圖案化潤濕性納米纖維貼片實現(xiàn)傷口滲出液富集并防止輔助DNA擴散，從而在不妨礙傷口愈合的情況下形成親水性生物傳感反應(yīng)池（圖 1b）。SCTD通過外源輔助核酸預(yù)固定策略和空間限域策略實現(xiàn)目標蛋白質(zhì)觸發(fā)的SCTD信號放大（圖1c），將檢測限降低一個數(shù)量級。四面體DNA結(jié)構(gòu)確保了高保真檢測，測試表明即使在1000次彎曲循環(huán)后，信號變化仍在3%以內(nèi)；4周內(nèi)信號衰減低于8%；同時，其抗生物污染能力也提升了超過50%，能有效抵抗傷口復(fù)雜環(huán)境的干擾。
基于核酸級聯(lián)擴增的可穿戴柔性生物傳感系統(tǒng)用于原位慢性傷口監(jiān)測示意圖
結(jié)合無線通訊模塊，該平臺可同時監(jiān)測多種傷口愈合相關(guān)蛋白質(zhì)（TNF-α、IL-6、TGF-β1和VEGF）以及pH值、溫度等關(guān)鍵生理參數(shù)（圖2a-c）。該無線傳感平臺可在不會妨礙愈合情況下實現(xiàn)對糖尿病小鼠未感染傷口和感染傷口準確、原位監(jiān)測（圖2d, e）。相較于傳統(tǒng)傷口監(jiān)測手段，該柔性傳感系統(tǒng)提高了靈敏度和穩(wěn)定性，同時能夠?qū)崟r、多參數(shù)檢測，未來有望基于分子特征指導(dǎo)治療決策，并與智能敷料集成實現(xiàn)響應(yīng)式治療。
可穿戴傳感系統(tǒng)在糖尿病小鼠模型中對慢性傷口原位監(jiān)測
該工作得到國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年項目、國家自然科學(xué)基金青年項目、江蘇省卓越博士后項目、南京郵電大學(xué)引進高水平師資科研啟動項目等多個項目支持。
（撰稿：趙曉 初審：喬祖琴、戴修斌 編輯：王存宏 審核：張豐）