私密直播全婐app免费大渔直播,国产av成人无码免费视频,男女同房做爰全过程高潮,国产精品自产拍在线观看

  術后創傷管理直接關系著患者的康復速度。由致病菌（例如金黃色葡萄球菌）造成的傷口感染是阻礙傷口愈合甚至最終導致患者截肢的重要原因。以美國為例，術后傷口感染每年給醫療系統造成約30到100億美元的額外開支。因此及時發現并處理早期傷口感染對于提升康復質量、降低醫療負擔至關重要。臨床上，傷口感染的判斷通常依賴于專業人員對傷口的觀察或傷口微生物取樣培養。這兩種方法都有一定滯后性且需要移除傷口的包扎敷料，這不可避免地會對傷口正常愈合造成干擾并給患者帶來額外痛苦。無線、柔性生物電子器件具有連續、長期監測能力和與傷口組織的良好適應性。近年來，基于無線、柔性設計，研究者們已開發了一系列針對傷口pH、溫度、濕度等生理指標的傳感器。然而，這些指標多數只能間接反應傷口致病菌的定殖和入侵情況。有鑒于此，新加坡國立大學電氣與計算機工程學院熊澤博士與John S. Ho教授團隊緊密合作，開發了一種基于生物活性DNA水凝膠的無線、柔性傷口感染監測器件（WINDOW）。該器件能夠方便地置于傷口和包扎敷料之間，通過智能手機近場通訊技術為病人或護理人員提供動態、連續的傷口致病菌活動信息，實現感染的早期預警、早期處理。

圖1 DNA水凝膠作用機理及無線系統概念示意圖。

  致病菌為了侵入人體，需要想辦法擺脫主要由DNA網絡組成的中性粒細胞胞外誘捕網（NETs）。為了實現這一目標，致病菌通常會大量分泌DNA水解酶（DNAse）用以切斷NETs。受此啟發，該團隊設計并合成了化學交聯型DNA水凝膠（DNAgel）。該水凝膠能夠在暴露于致病菌DNAse時被逐漸分解，進而引發介電常數和傳感器電容變化（圖1A，B）。 為了實現無線監測，傳感器會進一步級聯到近場通訊（NFC）模塊上，實現和附近智能手機的實時數據交換（圖1C，D）。

圖2 DNA水凝膠合成及成形性能。

  為了實現DNAgel與生物電子器件界面的有機結合，研究人員提出了室溫化學交聯的技術路線。該路線能夠提供穩定的水凝膠結構，并且滿足多方式、多尺度成形需求，實現10微米尺度精細三維結構（圖2）。

圖3 DNA水凝膠對金黃色葡萄球菌的選擇性反應性。

  上述化學交聯的DNAgel在金黃色葡萄球菌（S. aureus）和DNase作用下均表現出了明顯的反應活性，而在人體成纖維細胞(NHDFs)作用下保持了形貌穩定性（圖3）。這一選擇性反應在金黃色葡萄球菌感染的病人傷口樣品中也得到了進一步確認。

圖4 DNA水凝膠的介電常數和生物兼容性。

  由于在電容型傳感器主要依賴DNA水凝膠變化導致的介電性質改變，因而較高的初始介電常數有可能帶來更高的檢測靈敏度。研究人員探索了一系列導電摻雜材料，對摻雜前、后水凝膠介電性質和細胞毒性進行了評估（圖4）。結果表明，銀納米線能夠提供最高的相對介電常數。因為未摻雜DNAgel修飾的傳感器已經提供了足夠優異的檢測靈敏度，所以仍使用其作為代表展示后續器件性能。

圖5 叉指型電容傳感器及相關電路優化。

  為了獲得較顯著的檢測信號，研究人員設計了叉指型電容傳感器并對叉指間隔d、介電層厚度t₂和水凝膠厚度t₁做了模擬優化（圖5）。最終基于現有工藝條件選定了最優的器件參數。為了將直接測到的電容信號轉化為無線模塊可讀取的電壓信號，進一步設計了半波整流電路并對其進行了一系列表征。

圖6 無線模塊集成及體內、外測試。

  通過將上述DNAgel修飾的傳感器進一步級聯到NFC無線通訊模塊上，研究人員實現了基于智能手機近場通訊的致病菌檢測器件（圖6）。該器件在體外、體內中均展示了對金黃色葡萄球菌的快速檢出能力（臨床上通常認為>10⁶ CFU可以作為傷口感染的判斷依據），并能在傷口未出現明顯臨床癥狀（紅斑、化膿）前發出警告。該項研究為傷口感染監測提供了潛在的解決方案并為生物響應水凝膠和生物電子器件的結合提供了新的思路。

  該工作以 A wireless and battery-free wound infection sensor based on DNA hydrogel為題發表在Science Advances上。新加坡國立大學電氣與計算機工程學院熊澤研究員為該論文第一作者并和John S. Ho教授作為共同通訊作者。John S. Ho教授建立的無線生物電子實驗室近年來開發了一系列基于無線技術的可應用于體、內外的新型生物電子器件并多次在Nat. Biomed. Eng.，Nat. Electron.，Sci. Adv.，Nat. Comm.等期刊上發表相關工作。

  原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abj1617

  下載：A wireless and battery-free wound infection sensor based on DNA hydrogel