Matter | 香港中文大学唐本忠/赵征开发新的系统，能对真菌感染伤口监测及按需光动力治疗

集成诊断和治疗的智能便携式系统在现代生活中发挥着重要作用。利用智能创面敷料系统实时评估创面感染并提供按需治疗是治疗创面感染和缓解抗生素耐药问题的一种很有前景的方法。

2023年7月19日，香港中文大学唐本忠及赵征共同通讯在Matter（IF=19）在线发表题为“AIEgen-based smart system for fungalinfected wound monitoring and on-demand photodynamic therapy”的研究论文，该研究提出了一种智能便携式系统，该系统配备真菌敏感的聚集诱导发射发光源(AIEgens)、手机上的迷你双光通道和智能软件，可在几秒钟内监测真菌感染，并通过低功率白光照射(5 mW cm2)进行1分钟的光动力治疗，抗真菌活性超过96%，实现了1周的伤口愈合。

该智能系统集成了远程通信和图像分析软件，可以实现无线数据传输、感染程度分析和医生通过互联网给出的医疗建议。该智能系统缓解了世界抗生素耐药性的紧急情况，为智能伤口敷料的开发和临床前研究和诊断的潜在应用奠定了基础。

耐药微生物感染已成为世界性的公共卫生问题。与革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌相比，真菌具有由糖蛋白和多糖聚合物组成的坚硬细胞壁，对药物渗透具有很强的屏障。因此，真菌感染较难治愈，容易产生耐药性，早期发现和干预是必要的。目前临床诊断方法多采用体外取样培养法，操作繁琐，耗时长。尽管真菌感染的早期预警和诊断至关重要，但只有少数患者愿意进行临床检查。特别是当医疗资源随着传染病的爆发而捉襟见肘时，医院的真菌感染检测对患者，特别是慢性感染和术后创伤治疗的患者似乎更加不方便。

为了缓解医疗压力，科学家们开发了一系列基于电化学传感器的智能伤口监测设备，帮助患者在家监测伤口。通过柔性电极连续采集伤口的生理数据，如pH、温度、压力等。数据通过无线传输技术发送给医生，然后由医生远程提供医疗指导。这项发明大大减少了咨询时间和医疗费用。然而，电化学传感器增加了伤口敷料的成本，需要引入检测电极来接触伤口，这可能会引起患者的不适和继发感染。

荧光膜传感器是一种低成本的非接触式传感器，基于化学反应和图像识别，易于实现颜色可视化。荧光膜传感器通常配备图像分析软件，将伤口敷料变化数字化，对早期感染进行科学判断与荧光膜传感器集成的伤口敷料由于伤口敷料内的传感分子对感染微环境(如pH值、温度等)的响应而表现出不同的颜色或发射。视觉传感系统的关键组成部分是装载在伤口敷料上的荧光分子，它可以感知微环境的变化。然而，上述报道的伤口敷料均表现出明显的细菌感染反应，但至今仍没有合适的伤口敷料用于真菌感染的监测和治疗。因此，开发基于荧光膜传感器的真菌监测和治疗智能伤口敷料更有意义。

机理模式图（图源自Matter ）

传统的荧光分子通常是聚集诱导猝灭(ACQ)分子，难以在薄膜状态下发挥理想的效果。聚集体致发射发光材料(AIEgens)是一类具有聚集体强发射、优越的光稳定性和聚集体增强活性氧(ROS)产生等优点的发光材料，可应用于荧光传感器、微生物检测、光热和光动力治疗等领域。此外，科学家们还开发了各种基于强活性氧生成的纳米材料负载伤口敷料，如ZnO杂化Fe2O3超晶格纳米膜、Ti3C2纳米片、锌卟卟基金属有机框架(MOFs)和氧化锌、磁性复合材料、Garcinia纳米颗粒、天然茶纳米点等。但它们都表现出很强的抗菌活性，而不是抗真菌活性。与细菌不同，真菌有坚硬的细胞壁，这对药物渗透形成了强大的屏障，容易产生耐药性。因此，开发用于真菌感染监测和治疗的智能系统是一个很大的挑战。

该研究利用AIE材料的优点，与AI(人工智能)团队合作，解决目前智能伤口敷料发展的盲点(真菌监测和治疗)，共同开发了基于AIEgens的智能伤口敷料系统，用于真菌感染伤口监测和按需光动力治疗。总体而言，该智能系统包含掺杂AIEgens的伤口敷料和智能手机上配备的图像识别系统，避免了检测电极和供电系统的引入，大大降低了智能敷料的成本。此外，以商品液体敷料(LD)为基料，制备了吡啶取代苯并噻二唑衍生物(TBSMPPy) LD。所制备的TBSMPPy LD具有良好的附着力、柔韧性和成膜性能。

它作为荧光传感器和光敏剂检测白色念珠菌(通常感染皮肤和粘膜组织)的生长环境(pH在5.5左右)并进行光动力治疗。在智能手机上配置紫外光源和白光光源作为激发源，实现对创面敷料荧光变化的检测。手机拍下照片上传到云端软件，数字化感染程度，进一步反馈给手机。患者可以根据分析结果和应用程序的推荐评估伤口感染程度，切换白光进行光动力治疗。该智能系统还可以让医生监测患者的伤口，并根据软件分析结果给出治疗方案，显著提高医疗效率，为智能家居医疗发展提供科学的技术支持。这一发现为新一代家庭医疗设备、新型智能治疗模式和不同的微生物感染疾病治疗奠定了基础。

原文链接：

https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(23)00316-8

转自：“iNature”微信公众号

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