北京理工大学在可穿戴式柔性光疗贴片设计取得进展

近日，北京理工大学光电学院王涌天、杨健教授团队成员丁贺副教授与北京理工大学医学技术学院赵洪友副研究员合作，共同开发了一种用于伤口护理的无线光电贴片系统。通过将可生物降解微针与无线发光的多色LED结合，实现了对伤口的杀菌和加速愈合。研究成果以《Battery-Free Optoelectronic Patch for Photodynamic and Light Therapies in Treating Bacteria-Infected Wounds》为题发表在Biosensors and Bioelectronics期刊上。

健康皮肤对于保护生物组织免受病原体、紫外线和其它外部威胁至关重要。然而，在遭受严重烧伤、创伤、外科手术或某些慢性疾病（如糖尿病）的侵害时，伤口的愈合能力会受到显著影响。同时，细菌感染是伤口愈合中最常遇到的问题，其在伤口处的积累而引起的严重炎症反应不仅显著增加感染相关的并发症，而且严重干扰伤口的自然修复机制。因此，抑制细菌生长对于促进伤口愈合至关重要，已成为面向组织修复研究和应用的关键环节。

图1. (a、b) 由谐振线圈无线供能LED和可降解微针形成柔性光电贴片的示意图和实物图；(c)贴敷在自由移动老鼠背部进行无线光疗；(d)治疗感染铜绿假单胞菌皮肤伤口的菌落对比。

通过建立线圈供电的LED光源和含有光敏剂的可生物降解微针的集成方案，形成面向创伤性皮肤感染治疗的可穿戴柔性光疗贴片设计。该光疗贴片借助内置谐振线圈，以13.56 MHz频率从外部源进行磁共振耦合能量收集，形成无线供电的设计摆脱了对电池的依赖，极大地提高了设备的轻便性。光疗贴片中阵列化的紫光和红光微型LED芯片确保了光源的均匀分布，为伤口提供持续且稳定的光照治疗。光疗贴片的微针（MNs）由聚乙烯醇（PVA）和透明质酸（HA）可生物降解复合材料制成，不仅实现光敏剂5-氨基酮戊酸（5-ALA）的可控药物释放，还可以作为光波导将可见光高效传输至深层皮肤。最后，借助皮肤伤口细菌感染的小鼠动物模型，在活体动物层面进行了光动力抗感染治疗和光疗皮肤修复实验，展示了柔性光疗贴片的显著治疗效果。基于柔性光疗贴片设计有望为皮肤创面治疗提供低创、高效、便携的治疗方案，并为可穿戴式治疗系统的研制提供新思路和新方法。

本论文第一作者为北京理工大学光电学院硕士生薛钊和医学技术学院硕士生侴雯馨，通讯作者为北京理工大学光电学院丁贺副教授、杨健教授和医学技术学院赵洪友副研究员。该研究获得了北京新星计划、国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目支持。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.bios.2024.116467