當我們受到外傷時，醫生會使用繃帶為我們包扎。可是由于繃帶的遮擋，我們無法及時觀察傷口的愈合狀況。最近瑞士科學家開發出一種集成傳感器的智能繃帶，能及時根據傷口pH值的變化，發出不同強度的光線。有了它，慢性傷口也能在家中進行監測。
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關鍵字：醫學、傳感器、智能硬件
背景
當我們遭受外傷侵襲，傷口血流不止時，包扎往往是重要的應急處理措施之一。采用繃帶與敷料，正確及時地進行包扎，能夠達到壓迫止血、減少感染、保護傷口、減少疼痛等目的。
瑞士科學家開發新型智能繃帶：讓你及時了解傷口愈合狀況！
（圖片來源：維基百科）
值得注意的是，經常更換繃帶會讓人感覺到十分不爽，即便是對于日常的小型創傷。這種更換過程，往往會帶來刺痛和拉拽的感覺。有時候，傷口剛剛開始結痂，更換繃帶甚至會導致重新流血。所以，我們都選擇等繃帶自己脫落。
可是對于慢性傷口，情況又不一樣了。一般來說，護理人員必需定期更換繃帶，這樣做不僅僅是為了保持衛生，同時也是為了檢查傷口，用棉簽清潔它。然而這樣做也會帶來副作用：不僅會引起不必要的皮膚刺激，而且也會讓細菌乘虛而入，感染的風險也隨之上升。所以，如果能更長時間保留繃帶，讓護理人員從外面“讀取”傷口的情況，那么就會好很多。
創新
這樣一種創新想法：透過繃帶觀察傷口情況，催生了 Flusitex （集成于醫用紡織品的熒光感知）項目。該項目得到了瑞士政府發起的 Nano-Tera 計劃的資助。瑞士聯邦材料測試與開發研究所（Empa）與瑞士蘇黎世聯邦理工學院、瑞士電子與微技術中心（CSEM）、瑞士蘇黎世大學醫院一起合作開發了一種高科技系統，它能夠為護理人員提供傷口情況的相關數據。Empa 團隊最近將研究成果發表于《傳感器和制動器》雜志上。
瑞士科學家開發新型智能繃帶：讓你及時了解傷口愈合狀況！
（圖片來源：Empa / CSEM）
技術
當傷口愈合的時候，人體會通過復雜的生化過程，產生出特定的物質，引起一些列新陳代謝參數的變化。例如，葡萄糖和氧含量升降就與愈合過程相關，同樣pH值的改變也是如此。所有這些變化都可以通過專門的傳感器檢測。
出于這種考慮，Empa 和項目合作伙伴 CSEM 一起開發了這種便攜、廉價和易用的測量熒光的器件，它可以同時監測多個參數。在病人傷口愈合過程中，這種器件能夠讓護士密切注意pH、葡萄糖和氧的數值。如果這些數值發生改變，研究人員就可以得出有關傷口愈合的關鍵生化過程的結論。
瑞士科學家開發新型智能繃帶：讓你及時了解傷口愈合狀況！
（圖片來源：Empa ）
pH值
pH 值水平對于慢性傷口來說很有價值。如果傷口正常愈合，pH 值會在降到5或者6之前，升至8。然而如果傷口無法愈合，而變成慢性的，那么pH 值會在7和8之間漲落。所以，如果繃帶將傷口pH值長期居高的信號告知護理人員，那么將非常有幫助。如果繃帶無需由于pH值低或者衛生原因進行更換，從另一方面說，病人可以經得起等待。
傳感器
如果傷口液體中出現某些物質成分，“客制化”的熒光傳感器分子將以物理信號應答。它們開始發光，且有些分子開始在可見光或者紫外線（UV）范圍內改變顏色。由于有了顏色標尺，研究人員可以監測到顏色中更弱和更強的變化，從而推導出發光物質的數量。
Empa 仿生膜和紡織品實驗室的化學家 Guido Panzarasa 在實驗中，生動地展示了含有傳感器分子的樣本，是如何開始發出熒光的。他小心翼翼地將pH值為7.5的溶液滴入器皿中。在紫外燈下，這種變化變得顯而易見。他添加了另外一種溶液，此時發出的冷光褪色了。看一眼那個小瓶子就可以確認：第二種溶液的pH值更低。
發光分子
Empa 團隊設計了一種由苯扎氯銨（ benzalkonium chloride ）和 pyranine 組成的分子。苯扎氯銨這種物質也用于傳統的醫用肥皂，對抗細菌、真菌和其他微生物。而 pyranine 是熒光筆中使用的一種染料，在紫外光下會有發光效果。Panzarasa 說：“這種生物標志物效果很好，特別是在ph值在5.5和7.5之間的時候。通過電子產品商店購買到的簡單的紫外線燈，顏色將變得可視。”
價值
首先，我們看看Empa 仿生膜和紡織品實驗室的 Luciano Boesel 是如何評論這項的價值：“這種集成傳感器的智能繃帶的想法，能持續提供有關傷口愈合過程的狀態信息，且無需不必要地頻繁更換繃帶。”
另外，這種精心設計的分子還有另外一項優點：由于采用苯扎氯銨，它具有抗菌效果。Empa 生物界面實驗室的研究人員確認它可以對抗金黃色葡萄球菌。未來選擇正確的繃帶材料，也可以對抗這些不受歡迎的細菌。
這項技術為患者帶來了更溫和的治療，也為護士減輕了工作負擔。去年，全球有170億美元費用花在治療傷口上，這是一筆巨大的開銷，這項技術也為降低醫療成本作出了貢獻。
工業化
為了演示智能繃帶未來將如何實際工作，Boesel 在實驗室的工作臺上放置了一個原型。他解釋說：“你無需用傳感器覆蓋整個傷口敷料的表面，只需要在幾個小區域浸染 pyranine benzalkonium 分子，并且集成到基礎材料中，就足夠了。所以，工業化生產這種傷口敷料的成本不會比目前高很多，只貴20%左右。”
Panzarasa 將不同pH值的液體，滴到繃帶原型的小圓柱體上。果真，只要打開紫外線燈，更亮和更暗的點將變得清晰可辨。它們甚至對于裸眼可見，如果高pH值的液體接觸傳感器，它們將發出明亮的黃光。
科學家相信：既然pH值這么容易讀取，并且提供了樣本酸性和堿性狀態的確切信息，這種傷口敷料可以作為一種診斷工具使用。采用CSEM開發的熒光計，可對pH值更加準確的定量測量，以用于醫學。
未來
隨著更進一步的研究，例如目前這些化學物質與細胞和組織的相容性還不足。然而，研究人員尚不清楚傳感器是如何在復雜的傷口中工作的。
Empa 的科學家目前在和工業伙伴 Flawa, Sch?ller, Kenzen 和 Theranoptics一起，在后續項目FlusiTex-Gateway 中繼續研究。
Boesel 稱，未來有一天，它將可以在智能手機攝像頭的幫助下讀取這些信號。結合一個應用程序（APP），護理人員和醫生將可以非常簡單和方便地“從外部”讀取傷口狀態，甚至無需紫外線燈。而且，患者也將有可能在家早期監測慢性創傷。