综述：用于伤口愈合监测的可穿戴（生物）传感器：最新进展、挑战及未来发展方向

《Bioelectrochemistry》：Wearable (bio)sensors for wound healing monitoring: recent achievements, challenges, and future directions

慢性伤口治疗成本高昂，传统监测方法（如视觉检查和细菌培养）存在精度低、耗时长的问题。本文综述2021-2025年新型可穿戴生物传感器在伤口愈合监测中的应用，重点分析汗液等生理流体中乳酸、葡萄糖等代谢物及炎症因子的检测技术，探讨PDMS、PET等柔性材料与电化学、光学传感平台的结合优势，并指出信号漂移、生物标志物特异性吸附等挑战。

　　

J. Czopinska|I. Zaras|M. Jarczewska

华沙工业大学，化学学院，医学生物技术系，Noakowskiego 3号，00-664 华沙，波兰

摘要

据估计，慢性伤口的治疗费用将超过200亿美元。因此，监测伤口愈合阶段的方法非常重要。需要强调的是，传统上应用的方法，包括视觉检查和细菌细胞培养，并不精确，且可能耗时较长。因此，迫切需要开发新的方法来控制愈合过程，并通过可穿戴传感器等新型药物递送系统来促进愈合。这种方法有助于减少患者的不适，并能够实时确定伤口的实际愈合阶段。在本文中，我们回顾了2021年至2025年间此类设备的最新实例，并介绍了伤口愈合过程的基本原理以及用于传感器制造的材料。最后，我们讨论了面临的挑战，如信号漂移或传感器表面的非特异性吸附问题，以及这些无创传感器在临床诊断中的应用前景。

引言

最新报告显示，慢性伤口的治疗费用每年可能超过200亿美元[1]。对于无法愈合的伤口，其管理费用可能很快将达到968亿美元[2,3]。费用增加的原因首先是伤口的来源不同，它们可能不是由事故或手术引起的，而是由糖尿病等各种疾病导致的。急性伤口转变为慢性伤口会导致治疗时间延长，从而消耗更多资金，并可能影响完全康复。这些因素使得精确确定伤口愈合阶段变得至关重要，以便采取适当的诊断和治疗措施。需要注意的是，传统上应用的监测方法效果有限，因为分析耗时较长，且无法准确判断伤口的实际阶段[1]。基于生物传感器的诊断系统是一个有吸引力的替代方案，可以用来检测指示伤口愈合阶段的特定生物标志物浓度。它们的无创特性特别有趣，因为可以缩短诊断时间（TTD）。这得益于2010年代可穿戴传感器的快速发展，尤其是电化学传感器[5]。迄今为止，已有许多关于用于伤口愈合监测的可穿戴传感器的综述，主要关注温度、pH值和氧气的检测[6,7]。在我们的研究中，我们重点介绍了2021年至2025年间开发的最新生物传感系统，这些系统可以在体内使用。需要强调的是，我们仅展示了符合生物传感器定义的示例，并且这些传感器已在复杂的生理液体样本上进行了测试。这两个特点使本综述与其他关于伤口监测无创传感器的综述文章有所不同。

伤口愈合过程

伤口的分类方法有很多，包括急性或慢性、开放性或闭合性[8]。愈合过程分为四个阶段，任何阶段的中断都可能导致恢复延迟和炎症持续[9,10]。这些阶段分别是：1）止血，2）炎症，3）增殖，4）重建[3,11,12]。止血是受伤后的第一反应，可能持续长达3小时。这一过程涉及磷脂的释放

传统的伤口愈合监测方法

目前，标准的医疗程序缺乏定量监测伤口愈合的方法。标准程序是由医疗专业人员对伤口进行视觉评估[6,23]。

伤口愈合协会提出了TIME缩写来描述伤口的特征，其中各个字母的含义如下：T – 组织（是否坏死），I – 感染及炎症的存在，M – 伤口的湿润程度，E – 伤口边缘的阶段[[24]

伤口愈合生物标志物

生物标志物是指可以在生物体内测量到的任何物质、结构或过程，有助于确定疾病的发生及其后果[13]。生物标志物可以由受影响的器官产生（例如癌症），也可以由整个生物体产生。可以检测到三种类型的生物标志物：诊断性生物标志物（如PSA、BRCA1、miRNA）、预后生物标志物（如CEA、miRNA 155）和治疗监测生物标志物（如HbA1c、雌激素受体）。

生物传感器

所有这些原因都证明了开发能够实时精确监测生物标志物的工具的必要性。其中一种可能性是应用生物传感器。生物传感器的受体层可以由酶、蛋白质、核酸或细胞等生物分子构成[[59], [60], [61]]。生物传感器可以根据检测机制分为催化型和亲和型，或者根据换能器类型（电化学、光学、质量型）进行分类[62]。

用于伤口愈合监测的生理液体

可以通过微创或非侵入性方法分析的生物液体包括汗液和伤口渗出物[[65], [66], [67]]。汗液中含有乳酸、葡萄糖、尿素、乙醇和皮质醇等代谢物，以及钠、钾和氯等电解质，还有蛋白质和核酸[66,68,69]。人体上丰富的汗腺使得汗液成为应用无创生物传感器的理想表面。汗液分泌到皮肤表面

用于可穿戴传感器制造的材料

用于可穿戴传感器制造的材料需要满足在皮肤（表皮传感器）和伤口上使用的特定要求[76]。首先，这些材料必须具有生物相容性、无毒性和耐腐蚀性。其他要求包括足够的渗透性和低杨氏模量，这些特性可以通过塑料、织物和弹性体来实现。PDMS、PET和PI等聚合物因其柔韧性而被用作传感器表面材料，而PANI和PPY则被用作电极

伤口敷料

值得注意的是，自苏美尔时代（公元前2200年）以来，就已经有了处理伤口的方法，包括清洗、使用创可贴和覆盖伤口。有趣的是，无菌棉纱首次在19世纪末被使用[2]。另一个突破发生在20世纪90年代，当时水凝胶、泡沫和组织粘合剂被用于制造伤口敷料。现代敷料能够提供足够的湿润性、气体传输性和便于移除的特点。

用于伤口愈合监测的可穿戴生物传感器示例

在本部分，我们介绍了最新的电化学生物传感器示例，这些传感器旨在检测伤口愈合生物标志物。通过深入的文献研究，我们找到了一些符合生物传感器定义的实例，这些传感器也适用于体内分析。

Md Selim Reza等人开发了一种传感器平台，可以实现伤口愈合的全面诊断。该可穿戴生物传感贴片能够检测以下代谢物：

当前状况与挑战。未来方向

为了提高伤口愈合过程的有效性并降低与伤口评估相关的成本，开发快速、准确且微创的检测工具至关重要[107]。尽管已经报道了几种能够检测pH值、代谢物和伤口愈合生物标志物的电化学生物传感器[108]，但许多挑战仍然阻碍了它们在体内的可靠运行。一个主要问题是高背景信号的生成，这可能导致

CRediT作者贡献声明

J. Czopinska：撰写原始草稿。I. Zaras：可视化制作、撰写原始草稿、审稿与编辑。M. Jarczewska：概念构思、资金获取、项目管理、监督、可视化制作、撰写原始草稿、审稿与编辑。

未引用的参考文献

[19]

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文的研究工作。

致谢

本项工作得到了华沙工业大学的财政支持：IDUB项目，Young PW 2资助：“基于适配体的层状结构与印刷电子技术的结合，用于电化学监测伤口愈合的研究”。