伤口感染是导致慢性伤口难愈的主要因素。感染会引起炎症反应、组织坏死并延缓修复过程。传统诊断依赖人工取样与实验室检测,存在检测周期长、成本高、实时性差等问题。近年来,随着电化学传感、光学检测、微流控芯片及柔性电子等技术的发展,基于穿戴式多通道传感的实时监测手段逐渐兴起。这类系统能在伤口处连续检测渗出液pH、温度、炎症蛋白、代谢产物等,实现感染状态的定量化与智能化监测,并进一步施以必要干预,促进伤口恢复愈合。
该篇综述系统总结了近年来伤口感染实时监测领域的技术进展,重点介绍了生物标志物检测策略、传感机制分类及多通道传感器的技术集成,为智能可穿戴生物传感器在临床伤口管理中的应用提供了全面参考。
针对不同伤口标志物的特性,用于伤口感染评估的传感器可根据监测方法分为三大类:比色法、荧光法和电化学法。本文梳理了基于不同监测方法的传感器在各类伤口感染标志物检测中的应用,并从实时性、连续性、数据准确性,以及实际应用效果等维度进行对比分析,重点讨论了单因子监测与多通道监测策略的优劣。文章还围绕不同伤口标志物,阐述了单因子与多通道传感器在实时伤口感染监测中的研究进展,并基于监测策略的分类与整合,对伤口感染实时监测的未来发展方向进行展望。
(一)单因子监测技术
文章首先总结了三类典型的单因子传感模式:
比色传感
比色法是一种基于显色化合物颜色反应的直观检测方法,其检测结果可直接通过肉眼观察与监测。伤口部位的多种反应标志物均可采用比色法进行监测,其中pH值是典型标志物之一。根据颜色变化判断感染状态,具备低成本、易观察等优势。
荧光传感
荧光传感器通过荧光分子或纳米材料对特定生物标志物或细菌代谢物的响应,实现对伤口感染状态的检测。这类传感器可在检测伤口标志物时,通过荧光猝灭或增强引起的强度变化直观反映感染情况。荧光传感具有高灵敏度、快速响应、选择性识别,以及可视化检测等优势。
电子学传感
单因子比色法和荧光法监测伤口具有可视化、灵敏度高、便捷等优点。然而,基于光学的监测无法直接获得被测物质的精确值。在这种情况下,电化学监测可以提供更准确的伤口感染信息。电化学传感器根据电位、电流或阻抗转导原理监测电极表面电荷分布的变化,能够在复杂的伤口环境中对目标物质进行高度敏感和特异的检测。
然而,由于伤口渗出液的化学成分和标志物会随愈合过程发生变化,对单因子的监测虽可反映伤口是否发生感染,但潜在的病理生理因素会干扰正常愈合过程,影响伤口感染评估结果,而对多因子进行监测可为伤口管理提供多维个性化信息。因此,基于多因子检测的多通道生物传感技术,可实现对伤口感染状态的更准确评估。
(二)多因子监测策略
用于多通道监测的比色生物传感器目前,比色法多局限于单一伤口指标的监测。
然而,随着技术发展,研究人员正逐渐将重点转向同时监测多项指标,以综合分析伤口的感染状态。通过制备一种智能比色微针,将铁离子-没食子酸配位聚合物纳米点(FND)集成在微针贴片上,利用FND的pH依赖性过氧化物酶模拟活性,通过颜色变化来响应pH和H₂O₂浓度的改变。当pH值降低时,传感器颜色随之变浅。研究人员进一步模拟了耐甲氧西林金黄色葡萄球菌感染的伤口微环境(100 µM H₂O₂, pH 5.5),观察到传感器颜色随时间推移逐渐变浅;而在模拟未感染伤口的对照组中(100 µM H₂O₂, pH 7.4),则未出现随时间变化的颜色响应。该研究成功实现了对正常伤口与感染伤口的区分。
用于多通道监测的电化学生物传感器近年来,电化学生物传感器已成功应用于伤口感染的实时多因子监测。如Chen等人设计了一种集成三通道丝网印刷电极(iSPE),可协同监测尿酸(UA)、pH值和C反应蛋白(CRP)。此外,随着伤口感染监测能力的增强,还可依据伤口愈合的具体阶段,监测更多指标以提供更全面的伤口动态信息。例如,通过评估TNF-α、IL-6和IL-8等炎症介质的浓度来监测炎症反应;通过监测TGF-β1浓度来了解伤口增殖期的皮肤愈合情况。通过对伤口生理环境、炎症及感染状态进行综合监测,即可获取伤口愈合的实时动态信息,为针对性干预与治疗提供依据。
来源:传感器专家网
