Abstract Chronic wounds are a major health concern and they affect the lives of more than 25 million people in the United States. They are susceptible to infection and are the leading cause of nontraumatic limb amputations worldwide. The wound environment is dynamic, but their healing rate can be enhanced by administration of therapies at the right time. This approach requires real‐time monitoring of the wound environment with on‐demand drug delivery in a closed‐loop manner. In this paper, a smart and automated flexible wound dressing with temperature and pH sensors integrated onto flexible bandages that monitor wound status in real‐time to address this unmet medical need is presented. Moreover, a stimuli‐responsive drug releasing system comprising of a hydrogel loaded with thermo‐responsive drug carriers and an electronically controlled flexible heater is also integrated into the wound dressing to release the drugs on‐demand. The dressing is equipped with a microcontroller to process the data measured by the sensors and to program the drug release protocol for individualized treatment. This flexible smart wound dressing has the potential to significantly impact the treatment of chronic wounds.

Abstract Chronic wounds do not heal in an orderly fashion in part due to the lack of timely release of biological factors essential for healing. Topical administration of various therapeutic factors at different stages is shown to enhance the healing rate of chronic wounds. Developing a wound dressing that can deliver biomolecules with a predetermined spatial and temporal pattern would be beneficial for effective treatment of chronic wounds. Here, an actively controlled wound dressing is fabricated using composite fibers with a core electrical heater covered by a layer of hydrogel containing thermoresponsive drug carriers. The fibers are loaded with different drugs and biological factors and are then assembled using textile processes to create a flexible and wearable wound dressing. These fibers can be individually addressed to enable on‐demand release of different drugs with a controlled temporal profile. Here, the effectiveness of the engineered dressing for on‐demand release of antibiotics and vascular endothelial growth factor (VEGF) is demonstrated for eliminating bacterial infection and inducing angiogenesis in vitro. The effectiveness of the VEGF release on improving healing rate is also demonstrated in a murine model of diabetic wounds.

Epidermal pH is an indication of the skin's physiological condition. For example, pH of wound can be correlated to angiogenesis, protease activity, bacterial infection, etc. Chronic nonhealing wounds are known to have an elevated alkaline environment, while healing process occurs more readily in an acidic environment. Thus, dermal patches capable of continuous pH measurement can be used as point‐of‐care systems for monitoring skin disorder and the wound healing process. Here, pH‐responsive hydrogel fibers are presented that can be used for long‐term monitoring of epidermal wound condition. pH‐responsive dyes are loaded into mesoporous microparticles and incorporated into hydrogel fibers using a microfluidic spinning system. The fabricated pH‐responsive microfibers are flexible and can create conformal contact with skin. The response of pH‐sensitive fibers with different compositions and thicknesses are characterized. The suggested technique is scalable and can be used to fabricate hydrogel‐based wound dressings with clinically relevant dimensions. Images of the pH‐sensing fibers during real‐time pH measurement can be captured with a smart phone camera for convenient readout on‐site. Through image processing, a quantitative pH map of the hydrogel fibers and the underlying tissue can be extracted. The developed skin dressing can act as a point‐of‐care device for monitoring the wound healing process.

Threads, traditionally used in the apparel industry, have recently emerged as a promising material for the creation of tissue constructs and biomedical implants for organ replacement and repair. The wicking property and flexibility of threads also make them promising candidates for the creation of three-dimensional (3D) microfluidic circuits. In this paper, we report on thread-based microfluidic networks that interface intimately with biological tissues in three dimensions. We have also developed a suite of physical and chemical sensors integrated with microfluidic networks to monitor physiochemical tissue properties, all made from thread, for direct integration with tissues toward the realization of a thread-based diagnostic device (TDD) platform. The physical and chemical sensors are fabricated from nanomaterial-infused conductive threads and are connected to electronic circuitry using thread-based flexible interconnects for readout, signal conditioning, and wireless transmission. To demonstrate the suite of integrated sensors, we utilized TDD platforms to measure strain, as well as gastric and subcutaneous pH in vitro and in vivo.

The gut microbiota is linked to many medical conditions, but our understanding is limited by the lack of affordable, non-invasive ways to sample it. Ingestible devices offer solutions, but current models are complex and can suffer from sample contamination. Consequently, we developed a 3D-printed ingestible device that is elastic, lightweight, low cost, and biocompatible. It collects small-intestinal content via pH-triggered sidewall inlets. Elastic microvalves with swellable beads autonomously close the inlets to prevent contamination. Consistent with bench-scale experimentation, tests in animals demonstrate that the bacterial populations recovered by the pills closely resemble the bacterial populations recovered post mortem from the small intestine. In contrast to the fecal microbiota, samples collected by the ingestible devices were more diverse and were characterized by a lower bacterial concentration than is found in feces. Our non-invasive and cost-effective gut sampling device is expected to advance our understanding of the role of the small-intestinal microbiota.

Technologies capable of non-invasively sampling different locations in the gut upstream of the colon will enable new insights into the role of organ-specific microbiota in human health. We present an ingestible, biocompatible, battery-less, 3D-printed micro-engineered pill with integrated osmotic sampler and microfluidic channels for in vivo sampling of the gut lumen and its microbiome upstream of the colon. The pill's sampling performance was characterized using realistic in vitro models and validated in vivo in pigs and primates. Our results show that the bacterial populations recovered from the pills' microfluidic channels closely resemble the bacterial population demographics of the microenvironment to which the pill was exposed. We believe such lab-on-a-pill devices will revolutionize our understanding of the spatial diversity of the gut microbiome and its response to medical conditions and treatments.

Abstract Animal‐borne biologging technology allows researchers to understand the physiological responses of wild animals, especially songbirds, to environmental changes. Songbirds are of interest in studying these responses because of their visibility and relatively small body size yet high energetic demand of their various life‐history stages (e.g., molt, migration, breeding). Previous methods for monitoring responses, such as heart rate activity, have relied on surgical implantation of electrodes connected to bulky electronic devices which affect the well‐being of birds, indirectly influence bird behavior and create stress artifacts. A non‐invasive, lightweight solution is needed. This study introduces eutectogels, a long‐lasting gel made from deep eutectic solvents, combined with conductive threads and a wireless device to monitor the heart rate of house sparrows noninvasively through skin contact. In this work, heart rate and respiration rate measurements are validated on birds under anesthesia. These tests are repeated on birds that are awake but restrained. The eutectogel outperforms commercial electrodes and gels, yielding high signal‐to‐noise ratio measurements on restrained birds. The respiration rate is extracted and processed electronically from motion artifacts in the recorded signals without the need for a separate dedicated sensor. The system shows promise for future field studies on free‐living species.

Monitoring cortisol levels is essential for understanding the body's response to stress. Traditional cortisol testing is confined to centralized labs, and current portable platforms are based on slow and complex...