【eScience】杨帆研究员发表《用于增强伤口愈合及互联医疗的远场射频供能闭环生物电子系统》

2025年12月，杨帆研究员在《eScience》【IF36.6，Q1】杂志在线发表题名为"Far-field RF-powered closed-loop bioelectronic system for enhanced wound healing and connected healthcare.”——用于增强伤口愈合及互联医疗的远场射频供能闭环生物电子系统的研究论文。瑞金医院/上海市伤骨科研究所杨帆研究员、卢敏研究员，西南大学高鸣源教授，澳大利亚国立大学卢曰瑞教授为论文的通讯作者；瑞金医院/上海市伤骨科研究所张婧恺科研助理、虞强博士研究生，西南大学廖一钒硕士研究生为论文的共同第一作者。

doi.org/10.1016/j.esci.2025.100514

皮肤是人体最大的器官，也是抵御病原体入侵的第一道屏障。创伤及手术干预常导致皮肤损伤，而伤口愈合受损不仅影响组织功能恢复，还会带来显著的医疗负担。尽管近年来多种新兴治疗策略显示出一定潜力，但兼具长期稳定性与临床可行性的解决方案仍然有限。针对这一挑战，上海交通大学医学院附属瑞金医院杨帆教授团队联合其合作者，创新性地构建了一种完全自主、无线且无需电池的生物电子系统。该系统通过远场射频能量采集，利用环境Wi-Fi信号实现持续供能，从而支持自适应电刺激治疗及基于阻抗的实时伤口状态监测。不同于依赖严格对准和有限工作距离的传统近场能量传输方案，该系统在超过8米的距离范围内仍可稳定运行，使居家和临床环境中的伤口护理摆脱线缆与电池的限制。装置集成了生物相容且可拉伸的钼基电极，可在愈合过程中随结痂自然脱落，无需二次手术取出。通过持续的阻抗感知，该系统有望实现闭环反馈，根据伤口状态动态调节电刺激参数。在小鼠伤口模型中，该系统显著加速了伤口愈合过程，增强了胶原沉积与血管生成，并诱导毛囊再生。转录组分析进一步表明，该治疗策略可下调促炎相关信号通路并激活组织再生程序。该研究为自供能生物电子医学构建了一个具有可扩展性的技术框架，为智能、无创的组织修复及互联医疗应用提供了普适性策略。

该研究基于环境 Wi-Fi 信号实现远场无线电力传输，在超过 8 米距离内稳定运行，突破了近场供能在对准与距离上的限制，并通过可贴附、可自然脱落的生物相容性钼基电极及闭环阻抗传感与自适应电刺激，实现了伤口状态的实时感知与个体化调控。该系统无需电池和线缆，显著提升了伤口护理的便捷性与依从性，降低医疗负担，为居家护理和远程医疗提供了可扩展路径。

英文摘要：

Skin wounds caused by trauma, surgery, or disease remain a significant clinical challenge, under-scoring the need for innovative strategies to promote tissue repair and regeneration. We present a wireless and battery-free bioelectronic system with closed-loop capability powered by far-field radiofrequency (RF) energy harvesting for enhanced wound healing and connected healthcare. Unlike conventional near-field systems constrained by transmission distance and alignment, this platform utilizes ambient Wi-Fi signals to drive biocompatible and stretchable molybdenum (Mo)-based composite electrodes, enabling both electrical stimulation and real-time impedance monitoring to dynamically assess wound status. By integrating energy harvesting, electrical stimulation, and feedback sensing into a fully autonomous system, this approach mimics endogenous electric fields to promote keratinocyte migration, collagen deposition, angiogenesis, and hair follicle regeneration. Transcriptomic analysis further confirms modulation of inflammatory pathways and activation of regenerative gene programs. With an operating range exceeding 8 meters and smartphone-based control, the system enables adaptive wound care and supports at-home treatment. This work establishes a scalable framework for self-powered bioelectronic medicine, opening new opportunities for regenerative therapy, neuromodulation, and intelligent healthcare applications.

中文摘要：

创伤、手术或疾病引起的皮肤伤口仍然是临床上面临的重大挑战，凸显了开发创新策略以促进组织修复和再生的必要性。我们提出了一种无线、无电池的生物电子系统，该系统具有闭环功能，利用远场射频 (RF) 能量采集技术来增强伤口愈合和实现互联医疗。与受传输距离和对准限制的传统近场系统不同，该平台利用环境 Wi-Fi 信号驱动生物相容性可拉伸的钼 (Mo) 基复合电极，从而实现电刺激和实时阻抗监测，以动态评估伤口状态。通过将能量采集、电刺激和反馈传感集成到一个完全自主的系统中，该方法模拟内源性电场，促进角质形成细胞迁移、胶原沉积、血管生成和毛囊再生。转录组分析进一步证实了炎症通路的调控和再生基因程序的激活。该系统工作范围超过 8 米，并可通过智能手机进行控制，能够实现自适应伤口护理并支持居家治疗。这项工作为自供电生物电子医学建立了一个可扩展的框架，为再生疗法、神经调控和智能医疗保健应用开辟了新的机遇。

作者介绍：

杨帆   教授/研究员，博士生导师，上海交通大学医学院附属瑞金医院/上海市伤骨科研究所；研究方向：压电生物材料合成技术与医学应用；无源柔性医学诊疗电子器件与系统。

卢敏   研究员，博士生导师，上海交通大学医学院附属瑞金医院/上海伤骨科研究所；研究方向：针对超级细菌感染的“诊疗一体化”技术开发。

张婧恺   科研助理，上海交通大学医学院附属瑞金医院/上海市伤骨科研究所；研究方向：压电生物材料在骨疾病诊疗中应用。

虞强   博士研究生上海交通大学医学院附属瑞金医院/上海市伤骨科研究所；研究方向：骨感染疾病的治疗和光医学应用转化。