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针对上述问题，浙江大学贺永教授团队与浙大医学院附属口腔医院俞梦飞研究员团队首次提出" AI融合的再生修复智能闭环系统"这一理念，将生物电子技术与人工智能AI结合，实现创面修复过程的监测-分析-干预闭环管理。该系统顺利获得AI解析组织再生过程，动态优化电刺激参数，从而达成"修复-调控-再修复"的闭环体系。未来的组织再生过程也能像自动驾驶的汽车一样，实时根据创伤状态智能调整治疗方案。该文章于2025年9月1日以《AI-feedback bioelectronics promote infectious wound healing》为题发表于《Cell Biomaterials》(DOI: 10.1016/j.celbio.2025.100191)。

图1. AI反馈再生生物电子协同调控示意图。 (A) 柔性贴片的协同调控机制示意图。(B) 器件结构示意图。(C) 利用机器学习预测创面愈合结果。(D) AI反馈生物电子系统示意图。用户顺利获得控制界面输入创面信息，系统接收并处理创面图像，核心结构采用柔性水凝胶封装液态金属设计，借助机器学习算法构建高效神经网络模型，实现创面愈合过程的监测与动态预测。

(1) 复合水凝胶的合成与表征

利用3D打印技术高效稳定地制造了柔性贴片。水凝胶贴片按需制备后，顺利获得预留通道注入液态金属（EGaIn）。扫描电镜（SEM）表征显示，随着单宁酸（TA）含量增加，复合水凝胶孔隙率逐渐降低（图2A、B）。由于TA本身动态可逆的牺牲键，复合水凝胶表现出一定的自愈合能力。力学性能研究表明，随着TA含量增加，拉伸模量和粘附强度均增加（图2C、D）。流变学分析显示，TA浓度增加使储能模量（G'）和损耗模量（G''）均增大，表明复合水凝胶抗应力增强、弹性改善（图2E、F）。差示扫描量热法（DSC）表明，TA含量增加使复合水凝胶熔融峰升高，内部分子间结合力增强（图2G）。为平衡力学性能与Ga³⁺释放，选择含3% TA的水凝胶作为智能柔性贴片的封装材料。

图2. 复合水凝胶的性能。(A) 不同TA浓度复合水凝胶的SEM图像。(B) 复合水凝胶的结构。(C) 复合水凝胶的力学性能。(D) 复合水凝胶的粘附性能。(E和F) 复合水凝胶的力学性能分析。(G) 复合水凝胶的DSC表征。

(2) 体外抗菌活性及机制研究

以S. aureus和大肠杆菌（E. coli）为细菌模型验证柔性生物电子的抗菌性能。菌落形成实验显示，纯水凝胶或低电流刺激贴片无明显杀菌效果，而电流达4 mA时几乎所有细菌被杀灭（图3A、D）。荧光显微镜显示，空白组、水凝胶组、水凝胶+EGaIn组、水凝胶+EGaIn_E-1mA组和-2mA组中细菌形成致密生物膜，而4 mA组绿色荧光稀疏，表明细菌被杀灭且生物膜破碎（图3B）。三维膜厚度定量分析证实4 mA刺激的柔性贴片具有优异的抗生物膜活性（图3E）。SEM显示4 mA组细菌严重变形扭曲（图3C）。电流单独对细菌生长无抑制作用，证实Ga³⁺释放的抗菌效应。

图3. 柔性贴片的抗菌性能。 (A) 不同条件对细菌菌落形成的影响。(B) 不同条件的抗生物膜效果。(C) 不同条件对细菌形态的影响。(D) 基于菌落计数统计细菌存活率。(E) 基于三维分析统计生物膜厚度。

(3) 抗菌机制研究

电化学工作站表征表明，随着研讨电扫描速率增加，液态金属氧化能力降低而还原能力增强，氧化膜可被完全电化学蚀刻形成Ga³⁺（图4A、B）。高分辨透射电镜（HRTEM）捕获了研讨电下液态金属自释放Ga³⁺过程：氧化膜快速形成并从表面剥离，最终形成絮状非晶结构，进一步转化为单晶Ga₂O₃球体，更大比表面积促进与PBS中OH⁻接触形成Ga³⁺（图4C）。第一性原理解释了Ga³⁺与铁载体蛋白的结合机制：细菌铁载体蛋白误将Ga³⁺识别为Fe³⁺，形成(–C–O)–Ga，NADPH蛋白无法分解O–Ga，导致铁载体蛋白失效，细菌因缺乏必需元素而渗透失衡死亡（图4D）。TEM显示液态金属晶格间距约2.11 Å，加入铁载体蛋白后晶格间距扩大至2.67 Å，反映两者协同效应（图4E）。

图4. 抗菌机制。 (A) Ga³⁺释放机制示意图。(B) 液态金属氧化还原反应。(C) Ga³⁺释放过程的TEM图像。(D) Ga³⁺与铁载体蛋白结合机制。(E) Ga³⁺与铁载体蛋白的TEM图像。

(4) 体外细胞迁移与抗炎作用

人永生化表皮细胞（HACAT）和人脐静脉内皮细胞（HUVEC）与纯水凝胶及低电流刺激贴片共培养时保持满意活力，但4 mA电流刺激抑制细胞增殖。低电流刺激下，柔性贴片促进HACAT和HUVEC迁移，2 mA时相对迁移面积为空白组1.5倍（图5B）。划痕实验显示水凝胶+EGaIn_E-2mA组48 h后两侧细胞几乎融合（图5C）。巨噬细胞实验表明，低电流刺激柔性贴片减弱LPS诱导的促炎基因（iNOS、TNF-α、IL-6）表达，并改善抗炎基因（Arg-1、TGF-β、IL-10）表达，水凝胶-EGaIn_E-2mA组免疫调节性能最显著（图5D）。

图5. 生物电子的体外细胞调控。 (A) 不同生物电子条件下细胞活力的统计分析。(B) 不同生物电子条件下细胞迁移的统计分析。(C) 划痕实验图像。(D) 不同生物电子条件下巨噬细胞相关基因表达。

(5) 创面愈合效果

将智能柔性贴片置于S. aureus感染创面模型小鼠背部，14天内顺利获得数码照片监测。第14天水凝胶+EGaIn_E组创面几乎闭合，其他组仍有不同程度缺损（图6A–C）。定量分析显示，第3天各组创面闭合率分别为22.0%、22.6%、23.6%和31.3%；第14天水凝胶+EGaIn_E组闭合率达95.8%，显著高于其他组。H&E染色显示空白组、水凝胶组和水凝胶+EGaIn组创面有大量免疫细胞浸润，而电刺激组免疫细胞显著减少（图6D、E）。Masson染色显示水凝胶+EGaIn_E组胶原纤维密度最高（图6F、G）。CD31免疫荧光显示电流调控组血管生成显著，为组织再生给予氧气和营养。

图6. 生物电子的体内治疗效果。 (A) 术后14天内不同组代表性照片。(B) 14天内创面闭合示意图。(C) 不同组14天内创面闭合统计分析。(D) 第14天创面H&E染色图像（白色箭头指示免疫细胞）。(E) 基于H&E染色的免疫细胞数量统计分析。(F) 第14天创面Masson染色图像。(G) 基于Masson染色的胶原体积分数统计分析。

(6) AI辅助治疗系统

AI系统利用深度学习算法，特别是多尺度注意力模块（MSA），实现高效图像识别和创面愈合过程预测（图7A–C）。输入层顺利获得相机捕获高分辨率创面图像，经多层卷积提取局部和全局特征，MSA有效聚焦创面边缘及显著变化区域，增强预测准确性。网络生成预测创面愈合特征图，直观显示创面面积变化和愈合进度分布。顺利获得跟踪不同时间点创面恢复情况，生成愈合曲线量化愈合率和趋势，建立标准化创面愈合模型。模型训练过程中，mIoU、mPA和总体准确率随迭代逐步提升并趋于稳定（图7D、E）。若AI系统检测到愈合未达预期，立即触发干预机制调整治疗参数（图7F）。

图7. AI系统。 (A) 原始图像输入。(B) 网络架构。(C) 网络分割输出。(D) 迭代趋势。(E) 分割性能指标。(F) 累积恢复率。

(7) AI反馈生物电子产品化

智能柔性贴片制备步骤简单，利于大规模生产。采用光固化3D打印机批量阵列打印水凝胶基底，随后注入液态金属即可组装销售（图8A）。系统集成直流-研讨（DC-AC）逆变模块、无线电位器、温度传感器和电源（图8B）。第0、1–2、3–4天分别定义为细菌感染期（BIS）、抗菌期（AS）和恢复期（RS）（图8C、D）。用户顺利获得成像仪与AI系统交互，AI系统调节施加于生物电子的刺激电流。在感染期，愈合率因创面恶化呈负值；感染控制后，用户用智能手机拍摄创面图像上传至AI系统，系统评估严重程度并调整输出电流实现个性化治疗。结果显示AI反馈生物电子对创面愈合具有显著促进作用（图8E–G）。主要器官组织学评估未见明显炎症细胞浸润或病理改变，表明良好生物安全性。

图8. AI反馈生物电子的应用演示。 (A) 产品制备示意图。(B) 产品应用图像。(C) BIS、AS和RS的定义。(D) 有/无电诱导的愈合曲线。(E) 低恢复方案。(F) 中恢复方案。(G) 高恢复方案。