我国开发针对糖尿病伤口监测和愈合的新型水凝胶敷料光学传感器

糖尿病性溃疡是世界上最常见的慢性创伤。虽然科学家已经付出了巨大的努力，糖尿病溃疡仍然是一个挑战，需要不断监测和管理。

针对糖尿病伤口监测和愈合 ，天津大学化工学院张雷教授课题组在糖尿病伤口监测和促愈合方面取得最新进展，开发了一个多功能的两性离子凝胶创伤敷料作为一个光学传感器同时监测糖尿病伤口治疗的pH值和葡萄糖水平(图1)。即可将糖尿病伤口的pH和葡萄糖信号转化为光信号，利用手机采集图像并进行数据定量分析。该成果以“A Multifunctional Pro-Healing Zwitterionic Hydrogel for Simultaneous Optical Monitoring of pH and Glucose in Diabetic Wound Treatment”为题发表在《Advanced Functional Materials》上。论文第一作者为天津大学化工学院博士生朱迎男，共同第一作者为张嘉敏博士，通讯作者为张雷教授。

本工作研制了一种多功能两性离子水凝胶，可同时检测创面pH值和血糖水平两个波动参数，监测糖尿病创面状态。一种pH指示剂染料(酚红)和两种葡萄糖感应酶，葡萄糖氧化酶(GOx)和辣根过氧化物酶(HRP)，被封装在抗氧化和生物相容性的两性离子聚羧酸甜菜碱(PCB)水凝胶基质中，实现了对葡萄糖的高敏感性。可见图像信号由智能手机收集，并转换成RGB信号来量化伤口参数。结果表明，这两种酶在PCB凝胶内的活性和稳定性都得到了提高，PCB‐HRP的Kcat/Km值是人工创面渗出液中游离HRP的5.5倍。这种新型的创面敷料可以成功地监测pH值范围为4-8，葡萄糖水平为0.1-10×10?3 m。同时提供湿润的愈合环境，促进糖尿病创面愈合。此外，使用智能手机收集可见的RGB图像，并获得拟合方程来监测体内糖尿病小鼠创面的葡萄糖和pH变化。这种多功能创面敷料与商业用十二指肠敷料相比，由于在糖尿病创面治疗中也表现出良好的促愈合能力，该多功能创面敷料为慢性创面管理开辟了新的前景，对糖尿病的临床治疗具有指导意义。

图1. 多功能水凝胶敷料实时监测糖尿病伤口pH和葡萄糖示意图和定量分析过程

图2. 两性离子水凝胶固定化酶(PCB-GOx，PCB-HRP)在PBS环境和模拟伤口分泌液环境(AWE)中的催化活性测试

综上，在这项工作中，该团队开发了一种多功能两性离子水凝胶来监测与糖尿病创面相关的两个重要参数:pH值和葡萄糖浓度。检测pH时，将指示剂染料酚红加入PCB水凝胶中，在创面环境的pH范围内呈现敏感的颜色变化。将GOx和HRP包埋在水凝胶基质中，形成荧光产物(DCF)催化葡萄糖氧化。由于两性离子PCB水凝胶的抗生物渗透性能，固定化酶在复杂伤口渗出液中的活性和稳定性得到了提高，而游离酶的性能受到了影响。此外，还可以通过分光光度计或智能手机对颜色和荧光信号进行定量，进行精确测量。