智能反馈生物电子器件促进感染性伤口愈合：基于液态金属与AI协同调控的闭环治疗新策略

本研究针对复杂感染性伤口治疗中存在的脓液屏障阻碍药物渗透、传统疗法缺乏动态监测等难题，开发了一种集成人工智能（AI）的再生生物电子系统。通过液态金属（EGaln）贴片在电流调控下释放Ga3+离子，实现早期广谱抗菌（4 mA）与后期组织再生（0-2 mA）的双重功能闭环治疗。该技术将愈合时间缩短至14天，减少30%治疗成本，为糖尿病足溃疡等慢性伤口提供了智能化解决方案。

　　

研究背景与意义

慢性感染性伤口因高细菌密度和脓液屏障导致治疗困难，传统抗生素渗透效率不足且易引发耐药性。脓液的高粘度特性形成物理化学屏障，使28%-35%的患者在4周内仍无法清除感染。更棘手的是，现有技术缺乏对伤口微环境动态变化的监测能力，无法实现从抗菌阶段到再生阶段的智能切换。这一临床痛点催生了浙江大学团队在《Cell Biomaterials》发表的突破性研究——通过AI反馈生物电子器件实现伤口治疗的闭环调控。

关键技术方法

研究采用3D打印制备TA（单宁酸）改性水凝胶贴片，注入液态金属EGaln形成柔性电子器件。通过电化学工作站调控电流（0-4 mA）诱导Ga³⁺释放，结合深度学习算法（多尺度注意力模块MSA）分析伤口图像。动物实验使用ICR小鼠S. aureus感染模型，通过H&E染色、Masson染色和CD31免疫荧光评估疗效。

研究结果

AI反馈生物电子器件设计

系统包含蓝牙模块、电流控制单元和处理器三部分。高电流（4 mA）触发Ga³⁺快速释放攻击细菌铁载体蛋白，低电流（2 mA）则促进角质形成细胞（HACAT）迁移并调节巨噬细胞M2极化（IL-10↑）。

复合水凝胶性能

3% TA水凝胶展现最佳平衡性能：拉伸模量提升3倍，自愈合效率达95%，DSC显示分子间结合能提高1.8倍。

抗菌机制解析

HRTEM捕捉到交流电下液态金属表面Ga₂O₃球晶形成过程。第一性原理计算证实NADPH无法分解(-C-O)-Ga键（能量差1.9×10^-19 J），导致细菌铁代谢崩溃。

动物实验验证

AI调控组14天愈合率达92%，胶原密度较对照组高2.3倍，CD31⁺血管密度提升80%，促炎因子IL-6下降至空白组15%。

结论与展望

该研究创立了"生物电子-AI-再生"新范式：①突破脓液屏障通过电控Ga³⁺梯度释放；②AI系统使临床复诊间隔从每周延长至每月；③框架可扩展至神经/心肌再生领域。未来有望推动家庭智能伤口护理模式变革，相关技术已实现万次压缩测试的稳定性验证，具备产业化潜力。