用于现场伤口监测的柔性多路复用免疫传感器

VeCare 技术智能绷带传递伤口数据

新加坡国立大学的研究人员开发出世界上第一个可检测多种生物标志物的智能绷带，用于现场慢性伤口监测

随着人口迅速老龄化，医疗保健提供者看到越来越多的患者患有糖尿病足和慢性下肢静脉溃疡等无法愈合的伤口。据估计，世界上约有 2% 的人口患有慢性伤口。这些慢性伤口的愈合过程经常因感染和反复创伤等原因而中断，导致患者承受严重的压力、疼痛和不适。对于患有糖尿病足溃疡的患者，这可能导致更严重的后果，例如足部截肢。需要及时护理和适当治疗慢性伤口以加速伤口恢复。然而，这需要多次临床访问以进行冗长的伤口评估和治疗，这增加了医疗保健成本。

由新加坡国立大学 (NUS)生物医学工程系和健康创新与技术研究所 (iHealthtech) 的Lim Chwee Teck 教授领导的研究小组与新加坡中央医院的临床合作伙伴合作，开发了一种智能可穿戴传感器可以通过应用程序以无线方式对慢性伤口进行实时、即时的评估。世界首创的新型传感器技术可以在 15 分钟内检测出慢性伤口特有的温度、pH 值、细菌类型和炎症因子，从而实现快速准确的伤口评估。

该研究于 2021 年 5 月 21 日首次发表在《科学进展》杂志 上。

将数字健康应用于个人医疗保健

目前对伤口的临床评估依赖于目视检查，或收集伤口液体并将其发送到中央实验室以检测和分析特定的生物标志物。整个过程通常需要大约一到两天的时间，可能会妨碍适当、及时和精确的医疗干预。尽管最近在为伤口护理设计的柔性传感器方面取得了一些进展，但它们只能探测一组有限的标志物，例如酸度、温度、氧气、尿酸和阻抗，以诊断伤口炎症。

为了应对当前的这些限制，研究人员开发了 VeCare，这是一种即时伤口评估平台，由创新的伤口感应绷带、电子芯片和移动应用程序组成。该绷带包括伤口接触层、透气外屏障、微流体伤口流体收集器和柔性免疫传感器。VeCare 是第一个可以在 15 分钟内检测细菌类型和探测炎症因子以及测量酸度和温度的伤口评估平台。通过使用电化学系统从伤口液中检测多种慢性伤口特异性生物标志物，免疫传感绷带能够快速评估伤口微环境、炎症和感染状态。连接到传感器的微流体伤口流体收集器可引导和促进伤口流体输送至传感器的 180%。无论溃疡的形状或大小如何，该设计都能确保可靠的传感性能。

此外，集成了柔性电子设备的芯片连接到传感器，以无线方式将数据传输到应用程序，以便现场进行方便、实时的伤口评估和分析。芯片组件由可充电电池供电，可重复用于后续应用。

VeCare 平台包括（从左下角顺时针方向）一个芯片、伤口传感器、绷带和应用程序，用于实时护理点慢性伤口监测。

用于慢性伤口监测的多重免疫传感系统示意图。

（A）将生物标志物分析敷料应用于静脉溃疡患者的开放伤口以进行原位伤口监测的图示。( B ) 一种薄的、柔软的、生物标志物分析敷料的图示，它通过让氧气进入和湿气排出来使皮肤功能正常。测量数据通过蓝牙低功耗无线传输到配对的移动系统。( C ) 设想的生物标志物分析敷料，包括穿孔伤口接触层、微流体伤口渗出液收集器、免疫传感器和透气屏障。微流体收集器的灵感来自得克萨斯角蜥蜴的皮肤，使预定的流动方向朝着蜥蜴的鼻子无视重力。( D) 用于检测 TNF-α、IL-6、IL-8、TGF-β1、金黄色葡萄球菌、pH 和温度的免疫传感器示意图。PANI，聚苯胺；MB，亚甲蓝；RE，参比电极；CE，反电极。（E）用于预想慢性伤口监测的 VeCare 原型。该原型被应用于假腿作为演示。免疫传感器与在 FPCB 上制造的无线便携式分析仪接口。显示了提供 GUI 作为一站式患者档案、医疗记录、数据记录、数据分析和结果可视化系统的移动应用程序。( F ) VeCare 平台的硬件框图。WE1，工作电极1；MUX，多路复用器。

VeCare 平台和移动应用程序使医生能够远程监控患者的慢性伤口状况，减少患者前往诊所的麻烦。绷带补充了患者现有的医疗，同时促进了伤口愈合过程的及时医疗干预。

“护理点设备与远程医疗或数字医疗能力相结合，可以在改变医疗保健行业和我们的社会方面发挥重要作用，这是由 COVID-19 大流行对安全距离的要求催化的。我们的智能绷带技术是第一个它是专为慢性伤口管理而设计的，让患者可以在家中自由地进行测试并监测他们的伤口状况，”新加坡国立大学 iHealthtech 主任 Lim 教授说。

与新加坡中央医院合作，对患有慢性下肢静脉溃疡的患者进行了一项小型的 VeCare 临床测试。他们成功地证明了该平台在评估慢性伤口方面是有效的，并且能够通过及时的医疗干预来监测伤口愈合的进展。

使用智能传感器进行更好的临床管理

“VeCare 平台可轻松扩展和定制，以适应不同的生物标志物面板，以监测各种类型的伤口。目的是拥有一种有效且易于使用的诊断和预后工具，用于对患者进行精确和数据驱动的临床管理，”评论说林教授。

研究团队的下一步是进一步开发 VeCare，以满足安全、监管和批量生产的考虑。该团队将探索纳入适用于其他伤口类型的其他适当生物标志物，并利用现有临床工作流程中的数据来改进诊断和治疗。他们希望在一项更大的前瞻性随机临床试验中测试该技术，该试验针对不同类型的不愈合慢性溃疡，如糖尿病足和压疮。