【用户成果】慢性伤口监测新突破！DNA电路赋能柔性生物电子

慢性伤口愈合是一个复杂的动态过程，炎症相关蛋白等生物标志物的精准监测的对于评估愈合进程、指导临床治疗至关重要。然而，传统监测方法存在操作繁琐、依赖专业设备等局限，而现有生物传感器则面临低丰度蛋白检测难、易受机械变形与生物污染影响等挑战。近日，南京邮电大学王婷教授、汪连辉教授团队在《Nature Communications》发表重磅研究，开发出一种嵌入自限域四面体DNA电路（SCTD）的柔性生物电子器件，成功实现慢性伤口多指标高保真监测，为临床伤口管理提供了全新解决方案。

一、核心痛点：慢性伤口监测的三大技术瓶颈

慢性伤口常陷入炎症期难以愈合，其监测需精准捕捉生物化学与生物物理双重信号，但传统方案始终面临难以突破的困境：

1. 低丰度蛋白检测难：伤口渗出液中TNF-α、IL-6等关键蛋白浓度极低，现有传感器缺乏高效信号放大机制，难以实现灵敏检测；

2. 复杂环境稳定性差：伤口微环境存在核酸酶降解、非特异性蛋白污染，且传感器需耐受肢体活动带来的机械变形，易导致信号漂移与性能衰减；

3. 生物相容性要求高：传感器需兼具透气性与柔软性，避免阻碍伤口愈合或引发炎症反应，传统刚性器件难以满足需求。

二、创新设计：SCTD电路+柔性纳米纤维基底的双重突破

研究团队通过“信号放大策略+载体结构优化”的双重创新，构建了兼具高灵敏度、高稳定性与生物相容性的伤口监测平台：

1. 自限域四面体DNA电路（SCTD）：攻克低丰度检测与稳定性难题

SCTD是该平台的核心技术，通过空间限域与DNA结构设计实现多重优势：

- 信号放大机制：在亲水区构建DNA循环扩增池，伤口渗出液中的目标蛋白触发辅助DNA（H1）与四面体DNA（TDNA）上的发夹结构（H2）杂交，释放的目标蛋白可循环参与反应，检测限降低一个数量级；

- 结构稳定性保障：四面体DNA的刚性结构使其在1000次弯曲循环后信号变化仅3%，远优于单链DNA传感器（36%信号波动）；

- 抗污染与抗降解：TDNA表面亲水性提升，使牛血清白蛋白（BSA）吸附减少50%以上，且在4周内信号衰减仅8%，显著抵抗核酸酶降解。

2. 透气柔性纳米纤维基底：适配伤口生理环境

采用电纺聚丙烯腈/热塑性聚氨酯（PAN/TPU）纳米纤维作为基底，实现三大关键特性：

- 高透气性：水蒸气透过率达110 g·m?2·h?1，优于商用伤口敷料（91 g·m?2·h?1）与PDMS材料，满足皮肤呼吸需求；

- 优异机械性能：金电极修饰后，2000次弯曲循环电阻变化小于4%，电化学性能稳定；

- 精准区域限定：通过疏水试剂处理与氧等离子体技术构建图案化亲疏水区域，将DNA反应限定在指定区域，避免试剂扩散。

三、多维监测能力：生化+物理指标的全面覆盖

该平台整合生化传感阵列与生物物理传感模块，实现伤口状态的全方位评估：

1. 生化指标：低丰度蛋白的高灵敏检测

成功实现4种关键愈合标志物的同步检测：

- 炎症因子TNF-α（检测限3.67 pg·mL?1）、IL-6（检测限0.52 ng·mL?1）：反映炎症阶段激活程度；

- 修复因子TGF-β1（检测限0.41 pg·mL?1）、VEGF（检测限6.3 pg·mL?1）：指示增殖与重塑阶段进程；

- 检测结果与商用ELISA试剂盒高度相关（R2=0.98），且在人工伤口液中表现出良好选择性与重现性。

2. 生物物理指标：伤口微环境的实时反馈

集成聚苯胺（PANI）基pH传感器与金属微丝温度传感器：

- pH传感器：在4-10 pH范围内灵敏度达-46 mV·pH?1，酸性环境提示正常愈合，碱性则可能预示愈合受损；

- 温度传感器：在35-45 ℃生理范围内灵敏度1.4 Ω·℃?1，体温升高可预警感染风险。

四、体内验证：糖尿病小鼠模型的实战检验

在糖尿病小鼠的非感染与金黄色葡萄球菌感染伤口模型中，该平台展现出卓越的监测性能与生物相容性：

- 无干扰愈合：传感器贴附后，伤口愈合速率与对照组无显著差异，组织切片未显示异物反应或炎症浸润增加；

- 精准分期判断：非感染伤口中，TNF-α、IL-6在炎症期升高后逐渐下降，TGF-β1、VEGF持续上升，提示向增殖期过渡；感染伤口则表现为炎症因子持续高表达，修复因子上调延迟，符合慢性伤口病理特征；

- 感染预警：感染伤口出现pH升高（7.5%）与持续体温升高，与细菌代谢活动引发的微环境变化一致。

五、临床价值与未来展望

该无线柔性生物电子平台通过DNA电路与柔性纳米材料的创新融合，首次实现了慢性伤口低丰度蛋白与多物理指标的高保真、无干扰监测，其核心优势在于：无需外部试剂、操作简便、可实时无线传输数据，为临床提供定量、动态的伤口愈合评估依据。

未来优化方向包括：缩短检测时间、提升传感器可重复性以降低成本，以及标准化数据格式以适配现有医疗体系。随着技术完善，该平台有望实现从伤口监测到智能敷料的一体化集成，通过精准评估指导个性化治疗，推动慢性伤口管理进入“精准医疗”时代。