五邑大学于晖教授团队《AFM》：基于伤口渗出液供能的自供电电刺激敷料促进慢性伤口愈合

高分子科学前沿 · 公众号 · 化学 · 2025-02-27 07:39

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慢性伤口的愈合过程复杂且易受感染，而电刺激（ES）技术因其能够促进细胞迁移、血管生成和胶原沉积，已成为慢性伤口治疗的研究热点。然而，传统电刺激敷料通常需要依赖外部电源，存在安全隐患、操作复杂、便携性差等问题。因此，开发一种安全、自供电、低电压且高效促进创面修复的电刺激敷料，对于慢性伤口治疗具有重要意义。

近日，五邑大学于晖教授团队联合稳健医疗有限公司、澳门理工大学、江门市中心医院等单位，开发了一种安全、稳定、简便、可持续使用且自供电（5S）的电刺激伤口敷料，即P-E-PGP敷料。该敷料的下层（E-PGP）由聚丙烯腈-氧化石墨烯（PAN-GO）和聚己内酯（PCL）组成的不对称静电纺纳米纤维膜构成，并且包含丝网印刷的银（Ag）电极和碳纳米管（CNT）电极，可实现伤口渗液的单向快速排出，提供低压直流（LVDC）电刺激信号。上层为三维聚氨酯（PU）泡沫，可显著增强渗出液管理能力，维持伤口部位的适宜湿度。体外和体内实验均证实，该敷料可有效促进伤口修复，为慢性伤口管理提供了高效、安全且便捷的解决方案。相关成果以“A Safe, Stable, Simple, Serviceable, and Self-Powered Wound Dressing With Continuous Low-Voltage Direct Current Electrical Stimulation: an Efficient Approach to Accelerate Wound Healing”发表在《Advanced Functional Materials》上。论文第一作者为五邑大学硕士研究生石晨曦，通讯作者为五邑大学于晖教授和王利环博士。合作作者包括稳健医疗有限公司研发总监王欢、江门市中心医院王筱菁主任医师，澳门理工大学李克峰副教授以及五邑大学刘鹏碧博士。

PGP 膜的形貌、水渗透性及力学性能分析： PGP膜呈现出明显的不对称纳米纤维结构，其中PAN-GO层的纤维直径较小、孔径较小，而PCL层的纤维较粗、孔径较大（图2a–g），从而实现液体的单向传输。接触角测试结果表明，随着PAN-GO含量的增加，水滴传输速度显著提升（图2h）。此外，力学性能测试显示，随着PCL比例的增加，膜的强度和韧性显著提升（图2i）。

P-E-PGP 敷料的渗液管理性能： 印刷电极后，水滴置于PCL侧时液体渗透在9 s内完成，置于PAN-GO侧时液体在1 s内被迅速吸收（图3a, b）。对PGP膜和E-PGP膜的单向液体传输（UWT）性能进行了定量比较（图3c-f），进一步证明其单向液体传输能力。图3g显示，E-PGP膜疏水侧水滴在毛细作用下，于10 s内被泵送至亲水侧。P-E-PGP敷料的保湿时长达11 h，而E-PGP膜仅为1 h，这主要归因于E-PGP敷料内部丰富的微纳米孔结构（图3h, i）。

E-PGP 膜的自供电性能： 图4a显示，渗出液流动驱动阳离子迁移形成阳离子浓度梯度。Zeta电位测试（图4b）显示PCL和PAN-GO的zeta电位为-36.6 mV和-29.3 mV。开路电压测试（图4c）表明，基于双电层效应，膜的两侧形成了电位差。随着GO含量增加，输出电压由65 mV升至135 mV（图4d, e）。循环伏安分析（图4f）未见氧化还原峰，排除了电化学反应。开路电压测试（图4g）显示，E-PGP可稳定输出电压65–135 mV，持续12 h。电场分布模拟（图4h）显示其形成的微电场与内源性创缘电场相似。

E-PGP 膜对成纤维细胞迁移及胶原分泌的影响： 细胞活力检测（图5a, d）表明，E-PGP膜无细胞毒性，细胞存活率均超过80%。划痕实验（图5b, e）显示，E-PGP膜组24 h内划痕愈合率达93.9%，比PGP膜组高19%。Col I免疫荧光染色（图5c, f）和RT-qPCR 分析（图5g）表明，E-PGP膜可显著提高Col I的表达，进而促进胶原蛋白分泌和肉芽组织形成。

E-PGP 膜对体外血管生成的影响 : 图6a显示，人脐静脉内皮细胞（HUVECs）在E-PGP膜上呈现较大的多边形形态，而在对照组和PGP膜上，细胞主要呈现球形。图6b表明E-PGP膜促进了更密集管状网络的形成，定量分析显示，E-PGP组的网状结构数量和管节点数比PGP组分别高27.1%和13%（图6c–e）。图6f, g显示，E-PGP膜显著提高了CD31的表达。图6h的RT-qPCR结果显示，E-PGP组CD31的mRNA表达较PGP组增加了43%。

体内创面愈合评估： 图7a–c表明，相较于对照组和PGP组，P-E-PGP组在第3、7、14 天的创面愈合速度更快，第7天时伤口愈合率达61.6%，第14天时几乎完全闭合（98.5%）。H&E染色结果（图 7d, f）显示，与其他组相比，P-E-PGP组在第7天时表皮增厚，炎症细胞浸润减少，在第14天时，表皮结构更加完整。Masson染色（图7e, g）表明，P-E-PGP组在愈合过程中胶原纤维显著增加。

体内胶原沉积及血管生成评估： Col I免疫组化染色结果（图8a）显示，第14天时，P-E-PGP组的Col I表达量显著增加。图8b的定量分析表明，P-E-PGP组和E-PGP 组的胶原含量显著高于对照组和PGP组。CD31免疫组化染色结果（图8c）显示，P-E-PGP组的毛细血管密度明显增加。图8d的定量分析进一步表明，P-E-PGP组的血管密度相比PGP组提高了90.6%。

综上，P-E-PGP敷料通过结合优异的渗出液管理能力与稳定的低压直流电刺激，在无需外部电源的情况下加速伤口愈合，具有良好的生物安全性和临床应用潜力，为慢性伤口治疗提供了一种创新的自供电电刺激治疗策略。

五邑大学于晖教授团队《AFM》：基于伤口渗出液供能的自供电电刺激敷料促进慢性伤口愈合

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