基于MXene的加速伤口愈合抗菌柔性皮肤传感器可用于智能穿戴式人机交互

以下文章来源于EngineeringForLife ，作者EFL

通过将抗菌银纳米颗粒复合的MXene（AgNPs/MXene）纳米片引入瓜尔胶（GG）和苯基硼酸接枝的海藻酸钠（Alg-PBA）的聚合物网络，制备抗菌MXene水凝胶，可作为一种柔性可愈合的高性能表皮传感器，有效加速伤口愈合，用于灵敏的可穿戴人机交互。所制备的水凝胶具有增强的机械性能、优异的可愈合能力、可靠的可注射性、易降解性、优异的生物相容性和强大的抗菌能力，能够组装成多功能表皮传感器，敏感地监测康复训练的人的运动，检测微小的电生理信号以诊断心血管和肌肉相关疾病，并用于可穿戴式人机交互。相关研究以“SoftFlexible Accelerated-Wound-Healing Antibacterial MXene-Based Epidermic Sensor for Intelligent Wearable Human-Machine Interaction”为题发表在《Advanced Functional Materials》杂志上。

混合溶液中的Ag+能够通过静电相互作用吸附到MXene纳米片的带负电表面上，然后通过接收MXene的电子发生氧化还原反应，获得银纳米颗粒涂覆的MXene（AgNPs/MXene）纳米片。Alg-PBA添加到预分散的AgNPs/MXene纳米片水溶液中，通过它们之间的界面超分子相互作用形成超分子组装。之后，GG被添加到上述超分子组件中，通过它们之间的界面超分子相互作用以及GG的羟基和Alg-PBA的苯基硼酸基团之间的动态交联，在NaOH的辅助下形成MXene水凝胶。所制备的MXene水凝胶（AgNPs/MXene/GG/Alg PBA）显示出增强的机械强度、改进的电导率和强大的抗菌能力。此外，细胞相容性实验表明MXene水凝胶没有明显的细胞毒性。体外抗菌试验表明，主要来源于包覆在MXene纳米片上的AgNP的经预处理的MXene水凝胶具有优异的抗菌性能。出色的自愈能力、强大的可注射性和可靠的抗菌性能使MXene水凝胶能够直接注射到伤口部位，以进一步抗菌和伤口修复，有效加速伤口愈合。

图2 a） 手风琴状Ti3C2Tx的扫描电子显微镜（SEM）图像。b） MXene纳米片的SEM图像。c） MXene纳米片的透射电子显微镜（TEM）图像。d） 苯基硼酸接枝海藻酸钠（Alg-PBA）和瓜尔胶（GG）的分子结构。e） MXene水凝胶的光学图像。f） 冻干MXene水凝胶的SEM图像。

图3 一种串联电路，包括可愈合的MXene水凝胶和绿色LED指示器：i）完全分叉。ii）电路的相应示意图。iii）自修复和iv）电路的相应示意图。b） MXene水凝胶的可注射性。

导电与可注射功能：MXene水凝胶可用来展示实时电阻响应的可愈合过程的典型时间演变。当导电MXene水凝胶被完全切断时，电阻迅速从稳定状态变为开路状态。一旦两个断裂的部分重新接触在一起，电阻立即恢复到几乎原始值。同时，实验人员将MXene水凝胶与LED灯泡（电源（3 V））连接，以进一步证明其电愈合性能。将MXene水凝胶切割成两个片段后，LED灯完全熄灭。一旦这两个碎片重新接触，电路可以被愈合的MXene水凝胶修复，LED灯泡点亮。MXene水凝胶还表现出显著的剪切变薄特性，有利于MXene水凝胶的注射能力。水凝胶可以很好地挤出以书写“哈佛”和“麻省理工”字母，并保持良好的形态而没有任何堵塞，证明了MXene水凝胶的优异注射能力。

图4 表皮传感器由MXene水凝胶组装而成，用于人体运动检测。记录的传感器对a）手腕弯曲、b）手指弯曲、c）吞咽和d）脉搏的感应响应。

传感功能：首先，该传感器用于检测大型人体运动。传感器粘附在手腕上，以监测手腕弯曲运动。手腕弯曲运动的清晰、可重复的信号证实了传感器的可靠传感能力，这对于准确地检测各种康复训练（如手腕弯曲、肘部弯曲和膝盖弯曲等）具有重要意义。检测到的传感响应随着弯曲角度的增加而增加，这表明该传感器可以明显地检测不同的弯曲角度。因此，该传感器可用于监测不同弯曲角度下的受伤关节，并为术后康复锻炼（例如手指关节损伤的重建手术后的手指弯曲）提供潜在的重要诊断信息。此外，该传感器还能够监测微小的人体运动。图4c显示了传感器连接到喉咙后的实时吞咽感知能力，显示了在哑巴发音识别中的潜在应用。

研究结果：在这项工作中，介绍了一种可愈合、可注射和抗菌的MXene水凝胶的制备，用于高度敏感的个人健康监测和后续治疗。MXene水凝胶可以组装成多功能表皮传感器，以敏感地监测大的人体运动信号和微小的电生理信号，如心电图和肌电图信号，最终实现康复训练和心血管和肌肉相关疾病的潜在健康诊断。此外，这种MXene水凝胶可以直接注射到伤口部位，以治疗伤口感染并有效加速伤口愈合。

文章来源：

https://doi.org/10.1002/adfm.202208141

转自：“i学术i科研”微信公众号

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