吉大团队研发电化学刺激技术，成功打造镁电池集成生物电子贴片
在治疗顽固性伤口和慢性伤口时，传统伤口敷料多为被动疗法，可能引发感染或疤痕，无法提供有效的细胞刺激，难以显著加速组织再生过程，因此现有的伤口管理技术面临重大挑战。
电刺激作为一种主动干预的物理治疗方法，可以有效减轻伤口部位水肿，招募趋电性细胞，诱导细胞增殖、迁移和分化。
传统的电刺激装置体积巨大，电源和复杂的电路系统导致患者的舒适度和便捷度较低。
随着柔性电子技术发展，自供能可穿戴电刺激贴片为慢性伤口管理提供了新策略；纳米发电机、生物燃料电池、太阳能电池、锂离子电池等都能为可穿戴电子设备供电，但其在输出稳定性、寿命和安全性方面各有优势和不足。
生物相容性电池作为有前景的能源器件，其能量密度高、电化学稳定性好，被认为是为可穿戴医疗设备供电的理想选择。
因此，吉林大学孙鹏教授、贾晓腾副教授和澳大利亚伍伦贡大学王彩云教授希望开发一种集成镁电池的生物电子贴片来解决这些问题。
该贴片将导电水凝胶作为一体化的电池阴极与刺激电极，能够避免传统分体化的电源-电极当中额外的电信号转换界面，提高电荷注入效率，提升贴片的电刺激效果。
该贴片还能够提供持续的电刺激，通过有效干预，调节创口细胞的微环境，促进伤口修复。集成镁电池的设计不仅克服了现有系统能量输出不稳定、组织这种界面阻抗高等问题，还能通过电化学反应释放镁离子和氢气，进一步调节细胞迁移、免疫反应和生长因子的死亡。
贴片通过离子释放和电化学调控的协同作用，显示了更快的治疗速度和更好的组织修复质量，为未来可穿戴生物电子设备的临床应用提供了新的方法。
（来源：Advanced Materials）
首先，在医疗健康领域，这种生物电子贴片能够提供稳定、连续的能量供应，并具有出色的生物相容性，非常适合用于复杂伤口环境中的高效治疗。
其次，在个性化健康管理方面，通过与智能设备的连接，用户可以实时监控自己的健康状况，使这种贴片成为健康管理的有力工具。此外，随着技术的进步和市场的拓展，这种贴片可能在智能家居、虚拟现实等领域发挥作用，提供更加智能化和个性化的体验。
随着政策的支持和市场的推动，也将为这种生物电子贴片的市场发展提供保障。厂商可以通过线上线下渠道的布局，拓宽产品的市场渠道，提供更专业的服务和支持。
总体而言，这种集成镁电池的生物电子贴片不仅在学术研究领域具有重要意义，而且在实际应用中也展现出巨大的潜力和价值，未来可能会在多个领域中广泛应用。
日前，相关论文以《一种镁电池集成的生物电子贴片为伤口愈合提供有效的电化学刺激》（A Mg Battery-Integrated Bioelectronic Patch Provides Efficient Electrochemical Stimulations for Wound Healing）为题发在Advanced Materials[1]。
（来源：Advanced Materials）
论文第一作者为吉林大学博士研究生马雪南和博士后周岩，通讯作者为吉林大学孙鹏教授、贾晓腾副教授和澳大利亚伍伦贡大学王彩云教授。
图 | 贾晓腾（来源：贾晓腾）
在导师贾晓腾眼中，他将马雪南称呼为小马。小马是一个年轻的博士，他专注于开发一种新型的镁电池集成生物电子贴片，旨在通过电化学刺激促进伤口愈合。
经过一年多的努力，终于将论文投出去了。几周后，审稿意见回来了，小马的期待瞬间化为失望。
审稿人 A 质疑他的实验设计，认为缺乏对照组，结果的有效性不能得到保障。审稿人 B 则指出，“电化学刺激的具体机制没有详细阐述，读者无法理解其重要性。”审稿人 C 提到：“数据分析不够深入，统计学方法需要改进。”
小马的心情跌入谷底，仿佛所有的努力瞬间变得无用。他开始重新审视自己的实验设计，意识到确实忽视了对照组的设置。
他决定开展补实验，增加数据的可靠性。小马在实验室几乎熬夜度日。他重新设计了实验，包括对照组和不同刺激强度的实验组，以便全面评估电化学刺激对伤口愈合的影响。
在这一过程中，他不得不面对一个又一个挑战。有一次，他的镁电池因停电，导致实验数据全都丢失。小马气得几乎想要放弃，但想到审稿人提出的意见，他又重新振作起来。经过两个月的努力后，小马终于完成了新的实验，结果显著优于之前的数据。
他重新撰写了论文，详细阐述了实验设计、数据分析和电化学刺激的机制，增加了对照组的实验结果，并清晰地展示了数据分析的过程。最终，他再次提交了论文。
这一次，审稿意见积极了许多。审稿人 A 对他的新设计表示赞赏，审稿人 B 认为他对电化学刺激机制的阐述更加透彻，审稿人 C 也认可了他改进后的统计学方法。经过几轮修改和润色，论文终于被接收。
在论文被接收的那一刻，小马感到所有的付出都是值得的。他回望整个过程，从被审稿人“折磨”到最终的成功，每一个挑战都是成长的机会，每一个困难都是自我提升的台阶。
（来源：Advanced Materials）
在后续的研究计划中，该团队计划开发一个综合性的治疗与诊疗平台，集成镁电池生物电子贴片与智能传感器。
这一平台将能够实时监测患者的伤口状况，并根据监测数据自动调整电化学刺激的强度和频率。通过整合传感器、数据分析和反馈机制，患者将能获得更个性化的治疗方案。
他们将通过生物相容储能材料与器件、多模态柔性仿生智能感知器件、穿戴式电刺激治疗微系统等多学科交叉融合，并整合表皮传感技术和电刺激组织工程技术，完成自主的闭环伤口管理，实现对由糖尿病或细菌感染造成的慢性伤口有效管理与治疗。
参考资料：
1.Ma, X., Zhou, Y., Xin, M., Yuan, H., Chao, D., Liu, F., ... & Wallace, G. A Mg Battery‐Integrated Bioelectronic Patch Provides Efficient Electrochemical Stimulations for Wound Healing.Advanced Materials,36,48, 2410205(2024). https://doi.org/10.1002/adma.202410205
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