研究人员开发出一种AI引导的、受捕蝇草启发的4D打印微针贴片。这种能够改变形状的装置在体温下会弯曲，帮助闭合伤口，同时输送再生DNA和抗菌锌治疗。在临床前伤口愈合实验中，该技术加速了伤口愈合并促进了组织再生。图片来源：汉阳大学
慢性伤口仍然是一个重大的医疗挑战，特别是对于糖尿病患者，他们经常面临愈合延迟、持续炎症和更高的感染风险。传统的伤口闭合方法，如缝合、钉合和粘合剂，可以帮助将伤口边缘拉拢，但它们不能主动响应身体的愈合过程。
因此，科学家们正在探索能够适应生物环境同时促进组织修复和预防感染的生物材料。
汉阳大学的Hyun-Do Jung副教授及其团队现已开发出一种人工智能(AI)引导的微针贴片，该贴片在生理温度(37°C)下会主动改变形状，帮助闭合伤口，同时输送再生疗法和抗菌保护。
该研究将AI、4D打印、仿生学、DNA纳米技术和表面工程结合在一个伤口愈合平台中。论文发表在《Advanced Materials》上。
该研究受到捕蝇草(Drosera capensis)的启发，这种食肉植物通过协调的运动、粘附和保护机制捕获猎物。借鉴这些特点，研究人员设计了一种形状记忆微针系统，能够在放置在组织后主动弯曲。
微针使用4D打印技术制造，这种技术使结构能够响应环境刺激而改变形状。
研究团队使用机器学习模型来预测和优化打印材料的形状恢复行为，减少了大量试错实验的需求。
通过分析材料成分和制造条件如何影响性能，研究人员确定了一个最佳制造窗口，该窗口平衡了机械稳定性和快速形状恢复。在评估的机器学习方法中，高斯过程回归提供了最准确的预测和最可靠的不确定性估计。
Jung博士表示："这项研究超越了传统的仿生学，利用人工智能将自然启发的原理转化为功能性生物医学设备。这项研究的关键点不仅在于它受到自然的启发，还在于AI帮助将生物灵感转化为可预测、可编程和具有临床相关性的伤口愈合技术。"
实验室实验表明，微针在体温下迅速恢复其预设的弯曲形状，有助于闭合伤口并保持稳定的组织接触。该平台还结合了旨在支持组织再生的粘附性DNA纳米颗粒和提供抗菌保护的锌处理表面。
测试表明，该技术能够持续释放DNA，对参与伤口愈合的内皮细胞和成纤维细胞产生良好反应，并对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌表现出强大的抗菌活性。
在临床前伤口愈合实验中，与传统方法相比，该集成系统加速了伤口闭合并改善了组织再生。
Jung表示："除了伤口愈合外，AI引导的4D打印策略还可扩展到需要可编程运动、受控形状转换和与生物组织稳定接触的软体生物医学机器人或组织接口设备。"
虽然在临床使用前还需要进一步研究，但该技术可以适应于智能伤口贴片、植入物、支架和支架，这些设备能够响应身体环境。从长远来看，它可能支持开发能够改善愈合并减少并发症的智能生物材料。
出版详情：
Hyun Lee等人，受捕蝇草启发的AI引导4D打印微针用于加速伤口愈合，《Advanced Materials》(2026)。DOI: 10.1002/adma.202523665
期刊信息：《Advanced Materials》
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