糖尿病性潰瘍是世界上最常見的慢性創(chuàng)傷。雖然科學(xué)家已經(jīng)付出了巨大的努力，糖尿病潰瘍?nèi)匀皇且粋€挑戰(zhàn)，需要不斷監(jiān)測和管理。

針對糖尿病傷口監(jiān)測和愈合 ，天津大學(xué)化工學(xué)院張雷教授課題組在糖尿病傷口監(jiān)測和促愈合方面取得最新進展，開發(fā)了一個多功能的兩性離子凝膠創(chuàng)傷敷料作為一個光學(xué)傳感器同時監(jiān)測糖尿病傷口治療的pH值和葡萄糖水平(圖1)。即可將糖尿病傷口的pH和葡萄糖信號轉(zhuǎn)化為光信號，利用手機采集圖像并進行數(shù)據(jù)定量分析。該成果以“A Multifunctional Pro-Healing Zwitterionic Hydrogel for Simultaneous Optical Monitoring of pH and Glucose in Diabetic Wound Treatment”為題發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上。論文第一作者為天津大學(xué)化工學(xué)院博士生朱迎男，共同第一作者為張嘉敏博士，通訊作者為張雷教授。

本工作研制了一種多功能兩性離子水凝膠，可同時檢測創(chuàng)面pH值和血糖水平兩個波動參數(shù)，監(jiān)測糖尿病創(chuàng)面狀態(tài)。一種pH指示劑染料(酚紅)和兩種葡萄糖感應(yīng)酶，葡萄糖氧化酶(GOx)和辣根過氧化物酶(HRP)，被封裝在抗氧化和生物相容性的兩性離子聚羧酸甜菜堿(PCB)水凝膠基質(zhì)中，實現(xiàn)了對葡萄糖的高敏感性?？梢妶D像信號由智能手機收集，并轉(zhuǎn)換成RGB信號來量化傷口參數(shù)。結(jié)果表明，這兩種酶在PCB凝膠內(nèi)的活性和穩(wěn)定性都得到了提高，PCB‐HRP的Kcat/Km值是人工創(chuàng)面滲出液中游離HRP的5.5倍。這種新型的創(chuàng)面敷料可以成功地監(jiān)測pH值范圍為4-8，葡萄糖水平為0.1-10×10?3 m。同時提供濕潤的愈合環(huán)境，促進糖尿病創(chuàng)面愈合。此外，使用智能手機收集可見的RGB圖像，并獲得擬合方程來監(jiān)測體內(nèi)糖尿病小鼠創(chuàng)面的葡萄糖和pH變化。這種多功能創(chuàng)面敷料與商業(yè)用十二指腸敷料相比，由于在糖尿病創(chuàng)面治療中也表現(xiàn)出良好的促愈合能力，該多功能創(chuàng)面敷料為慢性創(chuàng)面管理開辟了新的前景，對糖尿病的臨床治療具有指導(dǎo)意義。

圖1. 多功能水凝膠敷料實時監(jiān)測糖尿病傷口pH和葡萄糖示意圖和定量分析過程

圖2. 兩性離子水凝膠固定化酶(PCB-GOx，PCB-HRP)在PBS環(huán)境和模擬傷口分泌液環(huán)境(AWE)中的催化活性測試

綜上，在這項工作中，該團隊開發(fā)了一種多功能兩性離子水凝膠來監(jiān)測與糖尿病創(chuàng)面相關(guān)的兩個重要參數(shù):pH值和葡萄糖濃度。檢測pH時，將指示劑染料酚紅加入PCB水凝膠中，在創(chuàng)面環(huán)境的pH范圍內(nèi)呈現(xiàn)敏感的顏色變化。將GOx和HRP包埋在水凝膠基質(zhì)中，形成熒光產(chǎn)物(DCF)催化葡萄糖氧化。由于兩性離子PCB水凝膠的抗生物滲透性能，固定化酶在復(fù)雜傷口滲出液中的活性和穩(wěn)定性得到了提高，而游離酶的性能受到了影響。此外，還可以通過分光光度計或智能手機對顏色和熒光信號進行定量，進行精確測量。