想象一下，一种智能绷带可以持续监测感染的伤口，在细菌扩散或治疗开始见效时提醒医生。随着弗吉尼亚理工大学的新研究，这一愿景更接近现实。

一个跨学科团队开发了一种生物传感器，可以在被血液等生物材料覆盖后自我清洁，这些物质通常会让它失效。这项技术未来有望实现对慢性伤口、感染及其他疾病的持续监测，使医生能够比定期检查或检测更全面的患者状况。

研究团队包括Aditya Garg（2018届，理学硕士20届，博士24届），现为麻省理工学院博士后研究员;弗吉尼亚理工大学微纳米制造洁净室及实验室主任、电气与计算机工程副教授周伟;彼得·维克斯兰，土木与环境工程普赖尔教授;以及弗吉尼亚-马里兰兽医学院助理教授Erin Gloag。他们的研究成果发表在《高级科学》杂志上。

周说：“我们的自我再生传感器为智能绷带和床边工具铺平了道路，这些工具能够检测感染早期迹象并指导及时、个性化的治疗。”

为什么生物传感器会随着时间失效

这项研究的灵感来自与伤口护理临床医生的交流，他们强调了一个重大挑战：患者离开诊所后，直到下一次临床就诊前，无法轻松追踪伤口敷料下的状况。

周说：“许多慢性伤口，如糖尿病溃疡或严重烧伤，因潜在细菌感染难以持续监测而无法愈合。”“传统传感器的准确性下降是因为蛋白质会堵塞其表面。”

现有分子传感器能够以极高的灵敏度检测疾病相关分子，但许多传感器在数小时内就会失去这种能力，因为它们被血液、体液和组织中自然存在的蛋白质和其他生物材料包裹。随着生物物质在传感器表面积累，信号逐渐衰弱。这就像试图透过一扇慢慢被泥土覆盖的窗户看清楚。一旦发生这种情况，传感器就必须进行清洁、再生或更换。

体外创伤模型中P. aeruginosa生物膜的再生时空SERS监测。图片来源：Advanced Science（2026年）。DOI： 10.1002/advs.76330

在纳米尺度上再生传感器

为了解决这个问题，研究人员制造了一个软的纳米级传感器，由直径不到10纳米的微小口袋组成——大约是人类头发的5000倍。

“极高的敏感性带来了重大挑战，”加格说。“蛋白质和其他生物材料迅速在这些微小空间中积聚，阻挡它们，使传感器无法工作。”

团队设计该传感器时，当感应口袋暴露于超快激光脉冲时，会产生微观的空化气泡。这些气泡产生局部热量，温和地将积累的蛋白质和其他生物材料挤出，以保持传感器的功能。

在实验室测试中，传感器暴露于人类血清24小时，但成功恢复灵敏度，检测到由铜绿假单胞菌产生的细胞青素分子，能传递感染信号。

同样重要的是，传感器在多次再生周期后依然稳定工作，监测24小时内可指示伤口模型疾病进展的分子变化。

个性化医疗平台

虽然研究重点是慢性伤口感染，研究人员表示该技术的应用远超伤口护理。

维克斯兰说：“我们的方法在任何需要长期监测的环境中都有广泛应用潜力。”“自清洁使得在环境环境中的部署成为可能。这种方法有望确保饮用和使用的水是安全的。”

长期分子监测被广泛视为个体化医疗的重要目标。它不再让临床医生根据偶尔的快照（比如这里的某个实验室结果或一次扫描）来做决策，而是能够实时监测疾病的发展或对治疗的反应。

同一传感器可与植入式医疗器械配合使用，以标记并发症的早期迹象，或帮助外科医生在治疗过程中区分健康组织与癌变组织。在感染中，持续感应可以揭示病原体及其分子信号如何随治疗变化，提供现有工具无法捕捉的洞察层次。

但将这一愿景转化为临床现实需要时间。在到达患者手中之前，该技术必须在活体系统中进行测试，以确认其在长期使用下保持稳定、安全和可靠。

团队设想将传感器与机器学习工具结合，能够筛选不断的分子信号流，并将其转化为临床医生可即时使用的信息。

“我们的长期愿景是将医疗从被动转变为主动，”加格说。“我们希望不再等待症状出现或依赖定期检测，而是持续监测疾病的分子信号，帮助临床医生及早干预，做出明智决策。”