智能无线传感敷料传感模块集成系统的研制及其特征性、生物相容性检验

摘要

背景：重大组织损毁伤已成为现代战争创伤的主要类型，只有在战伤早期为伤员提供快速止血、消炎、镇痛和防止感染紧急救治，才能为后期救治赢得宝贵时间；而促进创面愈合、功能恢复，降低伤员后续并发症、截肢及死亡率是后期临床救治的最终目标。创面愈合是一个复杂而精细的生物学过程，并且一旦愈合过程发生紊乱，则会形成慢性创面。慢性创面病情复杂、病程长，伴随着人口老龄化使得慢性创面的发生率逐年增加。慢性创面不但严重影响患者的生活质量，并且其治疗过程会产生数额庞大的医药费，因此找出一种有效的治疗手段就显得非常重要。由于创面的治疗手段具有一定的局限性，到目前为止，不论是大面积烧伤病人，或者慢性创面患者我们判断创面是否愈合的方法就是拿掉敷料来观察创面。如果创面还未愈合，这样很有可能会使创面受到感染，留下不可抹掉的疤痕。这种方式不仅使病人产生痛苦，更重要的是扰乱了创面的正常愈合，减慢了创面的愈合速度。所以，为了加快创面愈合、减轻病人痛苦，创造一种新的治疗手段迫在眉睫。　　随着创面微环境的研究进展与微型传感器、柔性电路板、纳米生物材料的进步，使得研究出一种可以监测创面微环境的敷料成为可能。所以我们研制出一种可以和传感器有效结合所形成的一种新型智能无线传感敷料，用于对创面微环境进行实时监测。通过嵌在其中的传感器监测创面温度的变化及微生物含量使医生在不更换敷料的情况下可以对创面是否感染有基本判断，通过监测创面湿度、pH、氧含量等因素来判断创面微环境是否利于创面愈合，并且通过蓝牙将数据传至智能手机、平板等设备，并将数据传至云端，实现创面数据信息的长期保存，从而实现远程医疗服务功能，达到个体化医疗。智能无线传感敷料的应用不仅可以改善创面微环境、减少换药频率、使创面更快地愈合，更重要的是可以减轻患者的痛苦、降低患者住院费用。随着科技的进步，智能无线传感敷料作为在创面愈合方面的监测工具将给医学领域带来革命性的变化，并发挥举足轻重的作用。　　目的：完成对智能无线传感敷料传感集成系统的初步研制及其相关系统的研发，并对其进行相关特征性检验，根据国际标准化组织（ISO）颁布的生物材料评价标准要求，对构建智能无线传感敷料传感集成系统所需材料进行生物毒性及组织相容性检测，为其在创面愈合机制的研究及日后临床实际应用中提供实验基础和数据支持。　　方法：本研究分为三个部分，首先完成了对智能无线传感敷料传感集成系统的初步研制及其相关系统的研发，其次对所研制的智能无线传感敷料传感集成系统进行相关特征性检验，最后对其进行生物安全性评价。　　1.首先，在提出智能无线传感敷料的理论基础上，设计了一种创面微环境数据监测系统，该系统由CC2440芯片为基础的CPU控制模块、蓝牙模块、温湿度传感器模块、压力模块等模块单元所集成，初步实现了对创面温度、湿度以及压力等参数的监测，通过蓝牙与智能手机相连以显示所监测到的数据。　　2.为了检验温湿度复合传感器HTU21D监测创面温度的特异性，同一时刻分别由温湿度复合传感器HTU21D和希玛红外线测温仪852B测量热水袋表面温度，范围在35℃-42℃之间，随机记录100组温度值，然后随机抽取30组数据进行配对样本t检验。为了检验薄膜压力传感器FSR402所测压力值与负压表负压值的相关性，采用对照、重复原则，调节指针式负压吸引表，记录由电阻式压力传感器FSR402测得的压力大小，对两组变量进行相关性分析。　　3.生物医用材料在进入临床应用之前，须经过严格的生物学评价以保证材料的生物相容性和使用安全性，因此要对生物材料进行生物安全性评价。本部分对我科自主研制开发的智能无线传感敷料进行安全性评价,根据国际标准化组织（ISO）颁布的生物材料评价标准要求，对构建智能无线传感敷料传感集成系统所需材料进行生物毒性及组织相容性检测：通过小鼠腹腔注射柔性电路板/薄膜压力传感器的浸提液,进行全身急性毒性实验；通过兔正常皮肤表面贴敷柔性电路板/薄膜压力传感器进行皮肤原发刺激实验；将L929细胞接种于的柔性电路板/薄膜压力传感器浸提液，通过MTT法检测细胞增殖率，进行细胞毒性实验；综合分析评价其生物毒性。　　3.结果　　1.用温湿度复合传感器HTU21D测量热水袋表面温度和希玛红外线测温仪852B测两个样本计量资料间比较采用配对样本t检验，P＞0.05，差异无统计学意义。指针指针式负压吸引表值（-mmHg）与FSR402所测压力数值进行两变量相关系数分析，P＜0.001，可以认为指针指针式负压吸引表值（-mmHg）与FSR402所测压力数值之间存在正相关。　　2.全身急性毒性实验、皮肤原发刺激实验和细胞毒性实验结果均为阴性。皮肤刺激实验刺激性评分结果可知，每只兔子在每一规定时间的累积刺激指数均小于0.5，表示无刺激性。经统计分析，各组间比较P值均大于0.05，说明各组间无显著性差异。小鼠全身毒性实验后所有实验小鼠大小便正常，进食、活动正常，没有产生呼吸抑制等毒性反应，在整个实验观察期的不同时间点，所有实验动物体重均有所增加，与阴性对照组比较没有明显差异(P＞0.05)，表明薄膜压力传感器及柔性线路板薄片材料均满足无毒级生物材料要求，而且两者混合后并未产生其他的毒性物质，符合生物材料安全性标准。采用MTT比色法进行细胞毒性实验，薄膜压力传感器及柔性线路板薄片与L-929细胞在体外共同培育时,细胞毒性评级为0级。　　4.结论　　对智能传感生物敷料进行了特征性检验，结果表明温湿度复合传感器HTU21D监测创面温度特异性良好；薄膜压力传感器所测压力值与负压表负压值存在正相关。因此我们初步认为，当智能无线传感敷料贴于人体表面皮肤时，所测温度值准确、所测压力值能够反映负压大小。对智能传感生物敷料安全性评估，所进行的动物实验结果均表明其无生物毒性，具有潜在的临床应用价值和发展前景。

目录

声明

缩略语表

前言

文献回顾

一．创面愈合过程

二．生物敷料分类及发展

三.传感器在医学上的发展

第一部分 智能无线传感敷料传感模块集成系统的研制

1.绪论

2.智能无线传感敷料传感模块方案设计

3.智能无线传感敷料传感模块系统硬件设计与实现

4.手机软件设计

5.总结与展望

第二部分：智能传感生物敷料特征性检验

1.实验材料

2.方法

3.结果

4.讨论

第三部分：智能传感生物敷料安全性评估

1.材料与仪器

2.方法

3.结果

4.讨论

小结

参考文献

附录

个人简历和研究成果

致谢