نقش نانومولدهای تریبوالکتریک در پیشرفت فناوری زخم پوش های پلیمری
محورهای موضوعی :
بهار واثقی مغوان
1
,
سارا تراشی
2
1 - گروه مهندسی پلیمر، دانشکده مهندسی شیمی، دانشکدگان فنی، دانشگاه تهران، تهران، ایران
2 - دانشکده مهندسی شیمی، دانشکدگان فنی، دانشگاه تهران، تهران، ایران
کلید واژه: نانومولد تریبوالکتریک, پلیمر, زخم پوش, ترمیم بافت,
چکیده مقاله :
نانومولدهای تریبوالکتریک (TENG) بهعنوان یکی از فناوریهای نوظهور در تبدیل انرژی مکانیکی به الکتریکی، ظرفیت چشمگیری برای ارتقای عملکرد، بهبود کارایی و هوشمندسازی زخمپوشهای پلیمری را دارند. در این مطالعه، اصول عملکرد TENG، انواع مکانیزمهای تولید بار و مزایای آنها در ایجاد جریان الکتریکی پایدار مورد بررسی قرار گرفته و نقش پلیمرهای زیستسازگار و انعطافپذیر در طراحی زخمپوشهای نوین و قابلانطباق با محیطهای زیستی بررسی گردیده است. ادغام این نانومولدها با زخمپوشهای پلیمری، امکان تحریک الکتریکی موضعی با ولتاژ پایین را فراهم میآورد که با فعالسازی مسیرهای زیستی مرتبط با ترمیم بافت، موجب تسریع فرآیندهای حیاتی مانند مهاجرت سلولی و بازسازی ساختار بافت میشود. براساس پژوهشهای اخیر، زخمپوشهای مجهز بهTENG ، رویکردی نوین در درمان فعال زخم را ارائه میدهند که میتوانند با استفاده از حرکات طبیعی بدن یا تغییرات فیزیولوژیکی بیمار، بدون نیاز به منبع تغذیه خارجی، جریان الکتریکی لازم برای تحریک سلولی را تأمین نمایند. با وجود پیشرفتها، چالشهایی همچون کاهش پایداری در شرایط مرطوب، افت مقاومت مکانیکی، هزینههای بالا و ضرورت ارزیابی ایمنی زیستی در بلندمدت همچنان پابرجاست. با این حال، توسعه زخمپوشهای خودتأمین انرژی با قابلیت پایش زیستی، پاسخدهی هوشمند و تحریک همزمان، چشماندازی نویدبخش برای انتقال این فناوری از مرحله پژوهشگاهی به کاربردهای بالینی فراهم میکند.
Triboelectric nanogenerators (TENGs), as one of the emerging technologies for converting mechanical energy into electrical energy, possess remarkable potential for enhancing performance, improving efficiency, and enabling the smart functionality of polymer-based wound dressings. In this study, the working principles of TENGs, the various charge-generation mechanisms, and their advantages in producing stable electrical currents are examined. Furthermore, the role of biocompatible and flexible polymers in designing advanced wound dressings adaptable to biological environments is discussed. The integration of these nanogenerators into polymeric wound dressings enables localized low-voltage electrical stimulation, which can activate biological pathways involved in tissue repair, thereby accelerating essential processes such as cell migration and tissue regeneration. According to research, TENG-equipped wound dressings represent a novel approach to active wound therapy, capable of harnessing natural body movements or physiological changes to generate the electrical current required for cellular stimulation, without the need for an external power source. Despite progress, challenges such as reduced stability in humid environments, decreased mechanical strength, high costs, and the need for long-term biocompatibility assessment persist. Nevertheless, the development of self-powered wound dressings with integrated biosensing and intelligent responsiveness offers a promising outlook for translating this technology from the research stage to clinical applications.
[1] Rezvani Ghomi E., Niazi M., and Ramakrishna S., The evolution of wound dressings: From traditional to smart dressings, Polymers for Advanced Technologies, 34, 2, 520-530, 2023.
[2] Koosha M., Modern Commercial Wound Dressings and Introducing New Wound Dressings for Wound Healing: A Review, Basparesh, 6, 4, 65-80, 2017.
[3] Rezvani Ghomi E., Khalili S., Nouri Khorasani S., Esmaeely Neisiany R., and Ramakrishna S., Wound dressings: Current advances and future directions, Journal of Applied Polymer Science, 136, 27, 47738, 2019.
[4] Sheokand B., Vats M., Kumar A., Srivastava C. M., Bahadur I., and Pathak S. R., Natural polymers used in the dressing materials for wound healing: Past, present and future, Journal of Polymer Science, 61, 14, 1389-1414, 2023.
[5] Sadeghi M., Rahimnejad M., Adeli H., and Feizi F., Wound healing: An overview of wound dressings on health care, Current Pharmaceutical Biotechnology, 23, 2022.
[6] Stechmiller J. K., Understanding the role of nutrition and wound healing, Nutrition in Clinical Practice (NCP), 25, 1941-2452, 2010.
[7] Farazin A., Torkpour Z., Dehghani S., Mohammadi R., Fahmy M., Saber-Samandari S., Labib K., and Khandan A., A review of polymeric wound dress for the treatment of burns and diabetic wounds, International Journal of Basic Science in Medicine, 6, 44-50, 2021.
[8] Xiao X., Xiao X., Nashalian A., Libanori A., Fang Y., Li X., and Chen J., Triboelectric nanogenerators for self-powered wound healing, Advanced Healthcare Materials, 10, 20, 2100975, 2021.
[9] Zhu G., Peng B., Jing Q., and Wang Z., Triboelectric nanogenerators as a new energy technology: From fundamentals, devices, to applications, Nano Energy, 14, 126-138, 2015.
[10] Wang S., Lin L., and Wang Z. L., Triboelectric nanogenerators as self-powered active sensors, Nano Energy, 11, 436-462, 2015.
[11] Wang Z. L., Triboelectric nanogenerators as new energy technology for self-powered systems and as active mechanical and chemical sensors, ACS Nano, 7, 11, 9533-9557, 2013.
[12] Zhang R., and Olin H., Material choices for triboelectric nanogenerators: A critical review, EcoMat, 2, 4, e12062, 2020.
[13] Cheng T., Shao J., and Wang Z., Triboelectric nanogenerators, Nature Reviews Methods Primers, 3, 2023.
[14] Savencu I., Sonia I., Porfire A., Bogdan C., and Tomuta I., Review of advances in polymeric wound dressing films, Reactive and Functional Polymers, 168, 105059, 2021.
[15] Madaghiele M., Demitri C., Sannino A., and Ambrosio L., Polymeric hydrogels for burn wound care: Advanced skin wound dressings and regenerative templates, Burns & Trauma, 2, 4, 2014.
[16] Pan Z., Ye H., and Wu D., Recent advances on polymeric hydrogels as wound dressings, APL Bioengineering, 5, 011504, 2021.
[17] Yum H.-Y., Han S. A., Konstantinov K., Kim S.-W., and Kim J. H., Smart triboelectric nanogenerators toward human-oriented technologies: Health monitoring, wound healing, drug delivery, Advanced Materials Technologies, 8, 10, 2201500, 2023.
[18] Kao F. C., Ho H. H., Chiu P. Y., Hsieh M. K., Liao J. C., Lai P. X., Huang Y. F., Dong M. Y., Tsai T. T., and Lin Z., Self-assisted wound healing using piezoelectric and triboelectric nanogenerators, Science and Technology of Advanced Materials, 23, 1468-6996, 2022.
[19] Wang W., Sun W., Du Y., Zhao W., Liu L., Sun Y., Kong D., Xiang H., Wang X., Li Z., and Ma Q., Triboelectric nanogenerators-based therapeutic electrical stimulation on skin: From fundamentals to advanced applications, ACS Nano, 17, 9793–9825, 2023.
[20] Jeong S.-H., Lee Y., Lee M.-G., Song W., Park J. U., and Sun J.-Y., Accelerated wound healing with an ionic patch assisted by a triboelectric nanogenerator, Nano Energy, 79, 105463, 2021.
[21] Lv X., Guo C., Luo S., Qi L., Shi J., Zhao J., Chen Y., He A., and Fan Q., Self-adhesive ultrasound-mediated triboelectric nanogenerator device for subcutaneous antibacterial treatment and accelerated wound healing, Science China Materials, 68, 2024.
[22] Zhang Y., Zhou Z., Sun L., Liu Z., Xia X., and Tao T., Genetically engineered biofunctional triboelectric nanogenerators using recombinant spider silk, Advanced Materials, 30, 1521-4095 2018.
[23] Sharma A., Panwar V., Mondal B., Prasher D., Bera M. K., Thomas J., Kumar A., Kamboj N., Mandal D., and Ghosh D., Electrical stimulation induced by a piezo-driven triboelectric nanogenerator and electroactive hydrogel composite accelerate wound repair, Nano Energy, 99, 107419, 2022.
