Bioactive Materials
基于时空声学超材料贴片的多功能伤口治疗
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该研究开发了一种可编程的声学超材料贴片（STAMP），实现对伤口微环境的精准时空调控，兼具热疗、药物递送和组织修复多重功能，为复杂伤口治疗提供了创新性解决方案。
文献概述
本文《Spatiotemporal acoustic meta-patches for multifactorial wound treatment》，发表于《Bioactive Materials》杂志，回顾并总结了通过声学超材料贴片实现多功能、协同性伤口治疗的新型策略。作者提出了一种名为STAMP（Spatiotemporal Acoustic Meta-Patch）的可重构超声贴片，该装置结合聚焦叉指换能器与锥形声阻抗匹配层，能够高效、精准地将超声能量传递至生物组织深处，同时实现局部加热、增强药物释放和细胞迁移调控。研究系统展示了STAMP在调控伤口温度、抑制炎症、促进血管生成和加速伤口闭合方面的综合疗效，并揭示其在深部感染性、低温性伤口模型中的显著治疗优势。整段通顺、有逻辑，结尾用中文句号，段落结尾使用背景知识
慢性或复杂伤口，如糖尿病足、感染性创面或深部组织损伤，是临床治疗中的重大挑战。其愈合过程涉及炎症、增殖和重塑等多个动态阶段，伴随温度波动、炎症因子失衡、血供不足等问题，传统敷料难以实现对微环境的动态干预。现有超声贴片虽具备非侵入性优势，但多局限于单一功能，如固定聚焦或表面加热，缺乏对声能的深度与时空精确调控能力。声学超材料作为人工设计的结构材料，可通过特定几何结构调控声波传播路径，为实现高精度声场调控提供了新路径。本研究结合可重构叉指换能器与梯度声阻抗匹配微锥结构，突破了传统贴片的功能局限，实现了深度可调的局部加热与药物协同释放。该设计不仅解决了声波在硬质基底与软组织间因阻抗失配导致的能量损耗问题，还通过微结构负载实现药物的均质化释放。此外，研究采用小型化刚性岛-柔性互联结构，确保设备贴合皮肤曲面，兼具稳定性与舒适性，为未来可穿戴治疗设备提供了可扩展的设计范式。该研究的切入点在于整合声学超材料的物理调控能力与生物功能化设计，实现对伤口多因素的协同干预，填补了现有治疗手段在动态、精准调控方面的空白。
研究方法与实验
研究人员通过无掩模3D光刻技术在压电铌酸锂基底上制备了聚焦叉指换能器（IDT）和周期性微锥结构组成的声阻抗匹配层。微锥结构高度约为250 μm，呈梯度分布，有效降低压电材料与生物组织之间的声阻抗差异，提升超声传输效率。通过调节IDT电极对的激活数量，实现不同深度（0.8–2.4 mm）的聚焦加热，满足伤口不同愈合阶段的深度需求。STAMP表面负载含FGF2的GelMA水凝胶，利用超声触发实现药物的增强释放。体外实验采用NIH/3T3成纤维细胞建立低温伤口模型，评估热疗与生物活性因子的协同效应。动物实验采用大鼠深部感染伤口模型，在室温环境下测试STAMP的综合治疗效果，包括伤口闭合率、组织再生、炎症因子表达及血管生成等指标。采用H&E、Masson三色染色及免疫荧光染色进行组织学分析，并通过Western blot检测HSP90等热休克蛋白表达。关键结论与观点
研究意义与展望
本研究展示了一种集热疗、药物递送与生物刺激于一体的多功能可穿戴平台，突破了传统伤口敷料功能单一的局限。通过声学超材料的引入，实现了对超声能量的高效、精准时空控制，为深层组织治疗提供了新工具。其多模态协同机制更贴近复杂伤口的动态微环境，有望提升难愈性伤口的治疗效果。
未来研究可进一步集成温度反馈系统与AI算法，实现闭环自适应调控，提升个性化治疗能力。同时，该平台可拓展至其他需深度干预的疾病，如慢性炎症、肿瘤热疗或神经调控，具有广阔的临床转化前景。此外，材料的生物相容性与长期安全性需进一步验证，以推动其向临床应用迈进。
结语
本研究成功开发了一种基于声学超材料的时空可编程贴片（STAMP），用于多功能协同性伤口治疗。该装置通过可重构叉指换能器与梯度微锥结构的集成，实现了高效、深度可调的局部加热与药物增强释放。实验表明，STAMP能有效调控伤口微环境，包括维持适宜温度、抑制炎症反应、促进成纤维细胞迁移与血管生成，显著加速深部感染性伤口的愈合。其多因素协同干预策略克服了传统敷料与单一模式治疗的局限，为复杂伤口管理提供了创新解决方案。该平台兼具可穿戴性、精准性与生物相容性，具备良好的临床转化潜力。未来结合智能反馈系统，有望实现个性化、闭环的伤口治疗，推动可穿戴医疗设备的发展。
