Science子刊：吴豪/刘玉田/李卓合作开发用于非侵入式监测术后游离皮瓣与再植断指的表皮生物传感器

Science子刊：吴豪/刘玉田/李卓合作开发用于非侵入式监测术后游离皮瓣与再植断指的表皮生物传感器

来源：生物世界 2023-05-23 14:02

研究团队受自然梯度结构的启发，通过调整铂（Pt）催化剂的扩散过程，制备出既具有自粘性又可稳定集成硅基芯片的具有梯度交联密度的PDMS（GCD-PDMS）。GCD-PDMS的一侧保持可调的粘性，使得传感

严重的软组织缺损和肢体离断在临床上很常见，游离皮瓣移植术和断指再植术是主要治疗方法，而血运障碍是最常见的术后并发症，多发于术后48小时内，严重的可导致组织坏死以至手术失败。因此，术后血运状态持续监测至关重要。尽管显微外科领域已经引入了多种监测技术，但现有的技术均难以实现无创、连续、、对术后创面形貌具有良好适应性的理想监测。

目前最常使用的监测方法仍是由医护人员对术后创面进行评估，但这种手段取决于评估者的工作经验。因此，迫切需要开发无创、定量、准确、快速反应和易于使用的监测技术。

近日，华中科技大学机械学院、智能制造装备与技术全国重点实验室吴豪研究员联合华中科技大学同济医学院附属协和医院刘玉田医生、复旦大学李卓研究员，在Science子刊Science TranslationalMedicine上发表了题为：On-skin biosensors for noninvasive monitoring of postoperative free flaps and replanted digits（用于非侵入式监测术后游离皮瓣与再植断指的表皮生物传感器）的研究论文。

研究团队开发了一种用于非侵入式监测术后游离皮瓣与再植断指血运状态的表皮生物传感器。动物和临床研究表明，该研究提出的生物传感器可以准确地识别游离皮瓣和再植断指的血运状况，具有无创、无线、连续、定量和易于使用的优点，在推动生物传感系统面向高性能、小型化、便携式方向发展具有重要意义。

在这项研究中，研究团队开发了一种用于非侵入式监测术后游离皮瓣与再植断指血运状态的表皮生物传感器。该传感器由柔性前端、柔性互联排线、硬质主控后端组成，其中柔性前端可共形贴附在患者术后创面以采集监测部位的光电容积脉搏波（PPG）信号，主控后端可进行信号的进一步处理及分析，并将监测结果显示在相应的APP界面中。

表皮生物传感器的设计与测量性能

研究团队受自然梯度结构的启发，通过调整铂（Pt）催化剂的扩散过程，制备出既具有自粘性又可稳定集成硅基芯片的具有梯度交联密度的PDMS（GCD-PDMS）。GCD-PDMS的一侧保持可调的粘性，使得传感器可以与皮肤保形接触以进行精确测量，同时通过对梯度固化的调节，可以保证粘性不致过大，从而保证器件从皮肤剥离时术后组织不受损伤。同时，GCD-PDMS的另外一侧可以保持较高的交联程度，维持较高的硬度和良好的机械性能，能够集成硬质硅基芯片，实现系统的柔性混合集成。

梯度固化界面的设计原理与功能

详细阐述了梯度固化的原理和调控方法，并通过GCD-PDMS横截面方向的硬度与模量的测试验证了梯度固化的效果。同时展示了GCD-PDMS粘性一侧的粘性可调特性。

GCD-PDMS梯度固化的实验验证

验证了GCD-PDMS界面的生物兼容性，利用大鼠阻塞模型，证明了传感器测量血运的准确性和有效性。临床研究表明，表皮生物传感器在识别微血管血运状况方面比目前的临床方法更准确，反应更快。通过与激光多普勒血流法和组织氧测量法（O2C系统）比较，进一步验证了传感器的准确性和识别动脉和静脉血流灌注功能不全的能力。同时，通过对比展示了表皮传感器无线、便捷、对脆弱组织造成损伤小的优势。

表皮传感器与O2C系统及代表性测量结果对比

该研究提出的GCD-PDMS可以作为表皮电子设备与人体皮肤之间界面设计的通用策略。此外，动物和临床研究表明，该研究提出的生物传感器可以准确地识别游离皮瓣和再植断指的血运状况，具有无创、无线、连续、定量和易于使用的优点，在推动生物传感系统面向高性能、小型化、便携式方向发展具有重要意义。

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