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  與細菌相比，真菌具有由糖蛋白和多糖聚合物組成的剛性細胞壁，這對藥物滲透造成了強大的屏障。因此，真菌感染更難治愈，更容易產生耐藥性。早期檢測和干預是十分必要的。然而，體外臨床診斷方法既繁瑣又耗時，使得患者們對真菌感染的重視度較低。為了解決這一問題，科學家們開發了一系列基于電化學傳感器的智能傷口監測設備，幫助患者居家監測傷口的生理數據，如pH，溫度，壓力等通過柔性電極連續采集。然而，柔性電極的引入不僅提高了傷口敷料的成本還可能引發二次感染。薄膜熒光傳感器作為一種低成本的非接觸式傳感器，可通過熒光分子與檢測受體接觸后發生化學反應，表現出熒光強度和光色的變化，從而實現可視化傳感。通常，傳統的熒光分子通常是聚集誘導猝滅（ACQ）分子，使其難以在薄膜狀態下發揮理想的效果。聚集誘導發光材料（AIEgens）是一種具有聚集發光增強、光穩定性好，活性氧（ROS）產生能力強等優勢，可應用于熒光傳感器、微生物檢測、光熱和光動力治療等。目前基于熒光傳感的智能傷口敷料鮮有報道，且均針對于細菌感染，迄今為止在真菌感染監測和治療方面仍處于空白。

圖1. 基于AIEgen的真菌感染傷口監測和按需光動力治療智能系統的工作原理圖

  近日，香港中文大學（深圳）唐本忠院士，趙征教授團隊充分利用AIE材料的光學優勢，結合機器學習方法，解決了當前智能傷口敷料（真菌監測和治療）開發中的盲點，開發了一種基于AIEgen的智能傷口敷料系統，用于真菌感染的傷口監測和按需光動力治療。該智能系統包括含有AIE分子TBSMPPy的傷口敷料和一個安裝在智能手機上的圖像識別系統，避免了引入檢測電極和電源系統，大大降低了智能敷料的成本。此外，商業液體敷料（LD）用作開發TBSMPPy LD的基質。所制備的TBSMPPy LD具有良好的粘附性、柔韌性和成膜性能。它作為熒光傳感器和光敏劑，檢測白色念珠菌（通常感染皮膚和粘膜組織）的生長環境（pH約5.5）并進行光動力治療。智能手機上配備了紫外和白光光源，作為激發源，實現對傷口敷料熒光變化的檢測。手機拍照片，上傳到云軟件，對感染程度進行數字化，并進一步反饋給手機。患者可以根據分析結果和應用程序的建議評估傷口感染的程度，并切換白光進行光動力治療（圖1）。該智能系統還可以讓醫生監測患者的傷口，并根據軟件分析結果給出治療方案，大大提高了醫療效率和治療效果。該工作以“AIEgen-based smart system for fungal-infected wound monitoring and on-demand photodynamic therapy”為題發表在《Matter》上（Matter, 2023, doi: 10.1016/j.matt.2023.06.028）。文章第一作者是香港中文大學（深圳）博士后周琨博士。該研究得到國家自然科學基金委的支持。

圖2. AIE分子TBSMPPy的光學性質表征及pH響應性測試

  將制備的TBSMPPy LD暴露于不同的pH環境中，并記錄PL變化。如圖2所示，TBSMPPy LD在宏觀上表現出熒光猝滅，薄膜的灰度值呈下降趨勢（圖2D和2E）。PL強度也顯示出類似的結果，在TBSMPPy LD位于pH 5.5緩沖溶液中后，PL強度明顯降低（圖2F）。TBSMPPy-LD的PL變化主要歸因于TBSMPPy的結構中的吡啶基團在pH 5.5緩沖溶液中被質子化，這增強了吡啶部分的吸電子能力并增強了TICT效應。

  此外，隨著測試環境變為酸性，TBSMPPy LD的ROS生成逐漸增加，并在pH=5.5時達到穩定水平（圖2G）。此外，圖2H表明，聚集有利于ROS的產生。所有上述數據表明，TBSMPPy LD在ROS產生方面具有良好的性能，特別是在酸性環境中，這使得TBSMPPy LD能夠應用于真菌感染的監測和治療。

圖3. TBSMPPy的體外光動力抗真菌性能及生物相容性測試

  在驗證了TBSMPPy LD的產生ROS的能力后，在低功率白光照射下進一步評估了TBSMPPy的抗真菌活性。如圖3A所示，TBSMPPy在白色光照射下對白色念珠球菌殺滅率為97%，而未照射的TBSMPPy組的殺滅率可忽略不計（10.3%）。為了進一步確保TBSMPPy的高效抗真菌活性，他們使用市售抗真菌劑Diflucan作為陽性對照組來比較抗真菌活性。統計數據（圖3B）顯示，經照射的TBSMPPy組的殺傷率與Diflucan治療組相當，甚至優于Diflucan組近10%（Diflucan處理組為88%）。

圖4. 基于AIEgen的智能系統的操作程序，用于真菌感染的治療。

圖5. 基于AIEgen的智能系統的抗真菌治療效果圖

  在體外證明TBSMPPy LD對白色念珠球菌有很好的響應性和殺傷作用后，他們建立了小鼠的傷口感染模型，在小鼠模型上對系統進行檢測，如圖4所示，用TBSMPPy LD涂覆傷口區域后，用手機相機在紫外燈下拍攝傷口照片。照片被上傳到APP進行分析。幾秒鐘后，結果被發回。如果被感染，敷料會發出微弱的橙色光，手機界面會呈現紅色。此外，給出了傷口區域的歸一化灰度值，顯示感染警告和建議照射提醒。如果沒有感染，傷口敷料會發出明亮的熒光，手機會發出綠色背景和健康報告。在接收到感染提醒后，可開啟白光光源進行光動力治療。在1分鐘低功率白光照射下，能有效抑制真菌感染，感染的組織在一周內恢復，優于商業抗真菌藥物Diffican。（圖5）

  在此工作中，作者創造性的首次將AIE材料與人工智能結合，開發了一種基于AIEgen的智能系統，用于特定種類的真菌感染的早期監測和治療。結合深度機器學習方法，使得AIEgen智能化，構建了一個基于AIEgen的智能系統，在手機上實現了真菌感染的幾秒鐘診斷。此外，得益于AIE材料獨特的熒光特性、靈敏的pH響應和ROS產生能力，通過手機光源照射，TBSMPPy被成功用于真菌感染治療且其有效的真菌抑制率超過96%。這一設計已在小鼠模型中得到證實，體內研究結果表明，在1分鐘低功率白光照射下，能有效抑制真菌感染，感染的組織在一周內恢復，優于商業抗真菌藥物Diffican。此外，該智能系統可通過互聯網增強患者和醫生之間的溝通，以實現真實的臨床醫療場景，顯著提高醫療效率。這一發現將激勵和推動AIE材料在智能健康監測領域的發展。

  原文鏈接：https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(23)00316-8