伤口感染早期症状隐匿难以察觉，症状显现时往往已经加重，治疗常需清创手术和抗生素干预，而耐药菌的流行进一步增加了治疗难度。可穿戴柔性生物电子器件为实现“实时诊断—按需治疗”提供了新思路，但现有器件多依赖电化学或光学传感模块，需外部电源与信号处理、通讯单元，模块复杂、功耗高、成本昂贵。因此，如何在感染早期便捷准确地评估伤口状态并实施精准、按需的干预，是可穿戴伤口管理器件研究亟待解决的关键难题。

  近期，西北工业大学柔性电子学院黄维院士/李鹏教授团队联合新加坡科技研究局材料研究院（IMRE，A*STAR）Yang Le研究员团队报道了一种无线比色光电微针（Colorimetric Optoelectronic Microneedle，COMN）贴片，将水凝胶比色传感与近场通讯（NFC）供电的LED微针阵列集成在一枚邮票大小的柔性贴片中（图1）：15分钟即可完成伤口pH与尿酸（UA）两大感染标志物的现场检测，经微针增透的光动力治疗（PDT）在体外实现对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）> 99.9%的杀灭；在小鼠全层皮肤伤口感染模型中，贴片先“看”后“治”，使细菌负荷降低约3.16 log，第14天伤口闭合率超过80%，为耐药伤口感染的精准管理提供了一套便捷的解决方案。

  2026年9月23日，该成果以“A Wireless Colorimetric Optoelectronic Microneedle Patch for On-Demand Photodynamic Therapy of Wound Infections”为题发表于《Advanced Materials》期刊。论文第一作者为博士生刘念，通讯作者为李鹏教授和黄维院士。

图1. 无线比色光电微针（COMN）贴片的结构设计与“先诊断、后治疗”工作流程：(a) 贴片爆炸图；(b) 诊断与治疗示意图；(c) 智能手机读色与无线控制PDT的工作流程；(d–h) 贴片贴敷于伤口、柔性弯折与红光照射实物照片。

  该工作将三条技术路线耦合于一枚贴片：比色传感以颜色变化直观呈现生化信息，天然适合低成本、免仪器的现场检测，可摆脱器件对电源与信号处理单元的依赖；PDT利用光激发光敏剂产生活性氧（ROS）杀菌，作用机制不依赖抗生素，是对抗耐药感染的有力武器，但组织对光的衰减限制了其有效作用深度；而微针恰能同时完成光敏剂的递送与光穿透的增强，为上述两个功能的耦合提供了天然接口。将“感染诊断”与“按需光动力治疗”两个功能统一到一枚无需电池、智能手机即可操控的贴片上，并保证治疗剂量，是这项工作的核心命题。

  贴片设计与工作原理：贴片采用多层结构，三叶草形排布的NFC-LED阵列被上下两层透明PDMS封装，伤口接触面集成载有光敏剂亚甲基蓝（MB）的透明质酸/聚乙烯醇（HA/PVA）高分子微针阵列，微针旁嵌有两个水凝胶比色传感器，分别检测pH与UA。贴片通过13.56 MHz感应耦合无线取电，整个系统无需电池。使用时，智能手机先拍摄传感器颜色读出感染状态，再一键无线点亮NFC-LED触发PDT，实现“先感知、后治疗、按需启动”。

  贴片制备与表征：该贴片由光电微针单元和比色水凝胶传感器两部分组成（图2）。贴片LED发射深红光，光谱与MB吸收峰重叠，最大耦合下辐照度1.76 ± 0.07 mW cm^?2，30分钟PDT对应光剂量3.17 ± 0.13 J cm^?2，处于抗菌PDT常用剂量区间。蒙特卡洛光子传输模拟表明，微针结构将10%光剂量深度从0.64 mm提升至1.35 mm，针尖下方组织内的光信号增强约10倍。在模拟皮肤热条件下连续照射6小时，贴片界面温度稳定在35.80–36.67 °C，无明显热积累，满足可穿戴安全要求。

图2. COMN贴片的制备与光电学、热学特性：(a) 制备流程；(b–d) NFC-LED模块的电路结构、尺寸与柔性；(e,f) LED色坐标及发射光谱与MB吸收光谱的匹配；(g) 模拟皮肤条件下连续工作的温度曲线。

  比色传感：用酚红构建pH传感器（pH 6.0–9.0线性响应，R² = 0.92），用尿酸酶/辣根过氧化物酶级联显色体系构建UA传感器（0–1 mM线性响应，R² = 0.99，检出限14 μM），两者均可在15分钟内达到稳定读数（偏差< 3%）。在模拟伤口液体系中，研究系统考察了代谢物、含氮干扰物、抗坏血酸、药物残留、高离子强度、血液/白蛋白、产尿酸酶菌群乃至MB自身的干扰：pH读数偏差普遍≤ 0.2，UA偏差普遍≤ 0.07 mM；结合ColorChecker标准色卡的CIEDE2000色差校正（ΔE < 3），在不同环境光照与不同手机平台下均可保持可靠的定量一致性。

  体外杀菌与抗生物被膜：MB从微针中释放迅速，SOSG荧光探针证实NFC-LED照射下单线态氧（¹O₂）随时间持续产生（图3）。杀菌实验中，50 μM载药贴片在30分钟光照内即灭活96.95 ± 0.82%的MRSA，90分钟达99.98 ± 0.08%；扫描电镜显示PDT后细菌出现明显的膜皱缩与破裂。针对更顽固的成熟生物被膜，COMN贴片凭借微针结构将透过生物被膜的光透过率从89.52%提升至97.39%，配合PDT使生物被膜结构碎裂、细菌大量死亡；SOSG/PI共定位成像进一步证实局部¹O₂的产生与细菌失活在空间上高度对应。

图3. 光敏剂释放、¹O₂生成与体外抗菌/抗生物被膜评价：(a) MB释放曲线；(b,c) SOSG检测¹O₂随光照时间的产生；(d–f) 不同MB浓度与光照条件下MRSA存活率；(g) PDT前后MRSA形貌的FESEM表征；(h–l) 生物被膜活/死染色与结晶紫定量。

  体内按需PDT与促愈合：在MRSA感染的小鼠全层皮肤伤口模型中，贴片准确区分了感染与未感染伤口（图4）。基于比色诊断结果，于感染后第1、3、5天实施按需PDT：第7天，COMN（光照）组伤口组织细菌负荷较未处理组降低约3.16 log；第14天，该组伤口闭合率超过80%，显著优于对照、单纯微针与无光照组。组织学分析显示，COMN（光照）组炎症浸润减轻、肉芽组织形成明显；TNF-α表达显著下降、CD31标记的新生血管密度明显增加，且主要器官H&E染色未见病理异常，证实了系统的治疗有效性与生物安全性。

图4. 比色诊断指导的体内按需PDT与伤口愈合评价：(a) 体内实验时间线；(b–d) 智能手机比色分析区分感染与非感染伤口；(e,f) 第7天各组细菌负荷；(g,h) 14天伤口愈合进程与面积定量。

  西北工业大学柔性电子学院李鹏教授课题组长期致力于面向健康需求的生物材料与柔性器件研究，此项工作是近期的最新进展之一。近年来，团队围绕耐药菌感染这一临床难题取得了一系列研究进展：先后提出无需外部光源的电致光动力治疗策略及可穿戴器件（Adv. Mater. 2022, 34, 2200334）、自供电节律式光动力治疗器件（npj Flex. Electron. 2024, 8, 60）与植入式无线光动力治疗器件（Device 2025, 3, 100754）；同时构建了可选择性杀灭多重耐药革兰阴性ESKAPE菌的含氟两亲性聚合物（Sci. Adv. 2024, 10, eadp6604）与光控级联降糖杀菌的铜单原子氮化碳纳米抗菌材料（Nat. Commun. 2025, 16, 64242）。此项工作的COMN贴片以NFC无线供电的LED微针阵列为核心，把比色传感、光敏剂递送与光动力治疗集成于一体，绕开了传统可穿戴器对外部电源与信号处理、通讯单元的依赖，仅凭一部智能手机即可完成“检测—判读—治疗”的完整闭环。凭借模块化、可扩展的设计，该平台还有望拓展至慢性炎症性皮肤病、皮肤肿瘤等多种皮肤疾病的诊疗。

  这项研究得到国家自然科学基金、西北工业大学博士论文创新基金和新加坡科技研究局的支持。

  原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.75113