东华大学：受皮肤启发！基于石墨烯组成自调节电子系统，用于动态伤口愈合期间的温度控制

成果简介

皮肤能够将体温维持在恒温状态，其体温调节功能至关重要。然而，遭受皮肤损伤的患者却很难对周围的场景和情况有所了解。本文，东华大学曹冉、相恒学、Meifang Zhu等研究人员在《Nano-Micro Letters》期刊发表名为“A Skin-Inspired Self-Adaptive System for Temperature Control During Dynamic Wound Healing”的论文，研究报告了一种模仿人体体温感知系统的交互式自我调节电子系统。这个受皮肤启发的自适应系统由两个高灵敏度热敏电阻（热响应复合材料）和一个低功耗温度控制单元（激光诱导石墨烯阵列）组成。仿生皮肤可在 35-42 °C（生理温度）范围内实现自我调节。这种体温调节系统还有助于皮肤屏障的形成和伤口愈合。在各种伤口模型中，治疗组的伤口愈合速度比对照组快 10%，炎症也有所减轻，从而促进了皮肤组织的再生。受皮肤启发的自适应系统为下一代机器人和医疗设备带来了巨大前景。

图文导读

图1、交互式温度调节仿生电子系统（TRES）的设计概念和系统特点

图2、LIG TC的制备和焦耳热性能

图3、PTC热敏电阻的制备和热响应性能

图3、TRES的电路设计和自调节性能

图4、体内伤口愈合和组织学分析的评估

小结

综上所述，我们通过模拟人体皮肤的自我温度调节，成功地制造了一种交互式柔性电子系统（TRES）。LIG阵列被用作温度控制单元，它具有高效的焦耳热效应，只需0.15 W功率即可达到40°C。两个PTC热敏电阻用作温度调节元件，在开关温度附近具有数量级的电阻变化，响应时间快。通过电路设计，TRES对高温（46°C）进行截止，对低温（33°C）进行警告，为人体提供安全的温度保护。该设备还可以产生温和的热刺激，促进伤口愈合，与商业加热器相比，炎症反应更少。还证明了TRES在温度监测方面的潜力，如图所示。由于PDMS的热膨胀系数较大（CTE = 15 ×  10⁻⁵/K），TRES在25–45 °C时的灵敏度为4%，是PI衬底的4倍。除了高灵敏度外，TRES 可以准确区分 35、36 和 37 °C，这表明其在伤口温度监测方面的潜力。更重要的是，与对照组相比，TRES使伤口愈合率提高了10%，与商业加热组相比，有效降低了炎症反应。我们制造的设备在人造皮肤和生物医学治疗设备领域具有巨大的潜力。

文献：https://doi.org/10.1007/s40820-024-01345-0