当我们受到外伤时，医生会使用绷带为我们包扎。可是由于绷带的遮挡，我们无法及时观察伤口的愈合状况。最近瑞士科学家开发出一种集成传感器的智能绷带，能及时根据伤口pH值的变化，发出不同强度的光线。有了它，慢性伤口也能在家中进行监测。

关键字：医学、传感器、智能硬件

背景

当我们遭受外伤侵袭，伤口血流不止时，包扎往往是重要的应急处理措施之一。采用绷带与敷料，正确及时地进行包扎，能够达到压迫止血、减少感染、保护伤口、减少疼痛等目的。

（图片来源：维基百科）

值得注意的是，经常更换绷带会让人感觉到十分不爽，即便是对于日常的小型创伤。这种更换过程，往往会带来刺痛和拉拽的感觉。有时候，伤口刚刚开始结痂，更换绷带甚至会导致重新流血。所以，我们都选择等绷带自己脱落。

可是对于慢性伤口，情况又不一样了。一般来说，护理人员必需定期更换绷带，这样做不仅仅是为了保持卫生，同时也是为了检查伤口，用棉签清洁它。然而这样做也会带来副作用：不仅会引起不必要的皮肤刺激，而且也会让细菌乘虚而入，感染的风险也随之上升。所以，如果能更长时间保留绷带，让护理人员从外面“读取”伤口的情况，那么就会好很多。

创新

这样一种创新想法：透过绷带观察伤口情况，催生了 Flusitex （集成于医用纺织品的荧光感知）项目。该项目得到了瑞士政府发起的 Nano-Tera 计划的资助。瑞士联邦材料测试与开发研究所（Empa）与瑞士苏黎世联邦理工学院、瑞士电子与微技术中心（CSEM）、瑞士苏黎世大学医院一起合作开发了一种高科技系统，它能够为护理人员提供伤口情况的相关数据。Empa 团队最近将研究成果发表于《传感器和制动器》杂志上。

（图片来源：Empa / CSEM）

技术

当伤口愈合的时候，人体会通过复杂的生化过程，产生出特定的物质，引起一些列新陈代谢参数的变化。例如，葡萄糖和氧含量升降就与愈合过程相关，同样pH值的改变也是如此。所有这些变化都可以通过专门的传感器检测。

出于这种考虑，Empa 和项目合作伙伴 CSEM 一起开发了这种便携、廉价和易用的测量荧光的器件，它可以同时监测多个参数。在病人伤口愈合过程中，这种器件能够让护士密切注意pH、葡萄糖和氧的数值。如果这些数值发生改变，研究人员就可以得出有关伤口愈合的关键生化过程的结论。

（图片来源：Empa ）

• pH值

pH 值水平对于慢性伤口来说很有价值。如果伤口正常愈合，pH 值会在降到5或者6之前，升至8。然而如果伤口无法愈合，而变成慢性的，那么pH 值会在7和8之间涨落。所以，如果绷带将伤口pH值长期居高的信号告知护理人员，那么将非常有帮助。如果绷带无需由于pH值低或者卫生原因进行更换，从另一方面说，病人可以经得起等待。

• 传感器

如果伤口液体中出现某些物质成分，“客制化”的荧光传感器分子将以物理信号应答。它们开始发光，且有些分子开始在可见光或者紫外线（UV）范围内改变颜色。由于有了颜色标尺，研究人员可以监测到颜色中更弱和更强的变化，从而推导出发光物质的数量。

Empa 仿生膜和纺织品实验室的化学家 Guido Panzarasa 在实验中，生动地展示了含有传感器分子的样本，是如何开始发出荧光的。他小心翼翼地将pH值为7.5的溶液滴入器皿中。在紫外灯下，这种变化变得显而易见。他添加了另外一种溶液，此时发出的冷光褪色了。看一眼那个小瓶子就可以确认：第二种溶液的pH值更低。

• 发光分子

Empa 团队设计了一种由苯扎氯铵（ benzalkonium chloride ）和 pyranine 组成的分子。苯扎氯铵这种物质也用于传统的医用肥皂，对抗细菌、真菌和其他微生物。而 pyranine 是荧光笔中使用的一种染料，在紫外光下会有发光效果。Panzarasa 说：“这种生物标志物效果很好，特别是在ph值在5.5和7.5之间的时候。通过电子产品商店购买到的简单的紫外线灯，颜色将变得可视。”

价值

首先，我们看看Empa 仿生膜和纺织品实验室的 Luciano Boesel 是如何评论这项的价值：“这种集成传感器的智能绷带的想法，能持续提供有关伤口愈合过程的状态信息，且无需不必要地频繁更换绷带。”

另外，这种精心设计的分子还有另外一项优点：由于采用苯扎氯铵，它具有抗菌效果。Empa 生物界面实验室的研究人员确认它可以对抗金黄色葡萄球菌。未来选择正确的绷带材料，也可以对抗这些不受欢迎的细菌。

这项技术为患者带来了更温和的治疗，也为护士减轻了工作负担。去年，全球有170亿美元费用花在治疗伤口上，这是一笔巨大的开销，这项技术也为降低医疗成本作出了贡献。

工业化

为了演示智能绷带未来将如何实际工作，Boesel 在实验室的工作台上放置了一个原型。他解释说：“你无需用传感器覆盖整个伤口敷料的表面，只需要在几个小区域浸染 pyranine benzalkonium 分子，并且集成到基础材料中，就足够了。所以，工业化生产这种伤口敷料的成本不会比目前高很多，只贵20%左右。”

Panzarasa 将不同pH值的液体，滴到绷带原型的小圆柱体上。果真，只要打开紫外线灯，更亮和更暗的点将变得清晰可辨。它们甚至对于裸眼可见，如果高pH值的液体接触传感器，它们将发出明亮的黄光。

科学家相信：既然pH值这么容易读取，并且提供了样本酸性和碱性状态的确切信息，这种伤口敷料可以作为一种诊断工具使用。采用CSEM开发的荧光计，可对pH值更加准确的定量测量，以用于医学。

未来

随着更进一步的研究，例如目前这些化学物质与细胞和组织的相容性还不足。然而，研究人员尚不清楚传感器是如何在复杂的伤口中工作的。

Empa 的科学家目前在和工业伙伴 Flawa, Schöller, Kenzen 和 Theranoptics一起，在后续项目FlusiTex-Gateway 中继续研究。

Boesel 称，未来有一天，它将可以在智能手机摄像头的帮助下读取这些信号。结合一个应用程序（APP），护理人员和医生将可以非常简单和方便地“从外部”读取伤口状态，甚至无需紫外线灯。而且，患者也将有可能在家早期监测慢性创伤。