电刺激伤口敷料

生物体内存在跨上皮/内皮电势。当组织损伤时，跨上皮/内皮电势会发生改变，从而产生一种稳定且大小恒定的直流电场，即内源性电场。研究发现，伤口边缘处的电流明显大于伤口中心，且该电流会随着伤口的愈合而变化。该电场产生的内源性电信号在皮肤的自我修复过程中起着重要的作用。因此，通过在伤口局部施加外部电场就有可能修饰、增强内源生物电信号，并引导和调控成纤维细胞、神经元细胞、内皮细胞的分布、迁移、增殖、分化等，从而加速皮肤组织的定向修复。经过多年的探索，伤口部位的电刺激疗法已作为一种重要的临床策略被用于组织修复领域，其具体的作用体现在减轻伤口水肿、炎症反应，增加血液微循环，加速伤口闭合等方面。

伤口修复和组织再生是涉及许多生理信号的复杂过程。因此，采用具有生物活性和生理信号响应能力的新型伤口敷料来加速伤口愈合是一种非常具有前景的策略。目前，电刺激水凝胶伤口敷料的相关研究主要集中在导电水凝胶电极的制备及其在伤口修复相关领域的应用上。例如，西南交通大学鲁雄等受贻贝的启发，制备了聚多巴胺（PDA）还原的氧化石墨烯（pGO）结合壳聚糖（CS）和丝素蛋白（SF）的水凝胶（pGO-CS/SF水凝胶）。该材料具有良好的力学强度、电活性和抗氧化性能，可用作电刺激伤口敷料。体外研究表明，电活性pGO-CS/SF水凝胶可以响应电信号并促进细胞行为，还可以通过去除过量的ROS来减少细胞氧化。在体内全层皮肤缺损模型中的研究表明，该类水凝胶敷料可有效地促进伤口愈合。

图11-7　基于rGO与PDA的自黏附光热水凝胶
Figure 11-7　Self-adhesive photothermal hydrogel based on rGO and PDA

四川大学王云兵等开发了一种导电水凝胶敷料，通过将甲基丙烯酸-3-磺丙基酯共价掺入聚甲基丙烯酸-2-羟乙酯（polyHEMA）水凝胶网络中，以原位掺杂聚吡咯（PPY），在弱碱性生理条件下保持水凝胶的高电导率（图11-8）。该水凝胶在防止细菌黏附和蛋白质吸收方面优于商业化的Hydrosorb®敷料，这有助于降低更换敷料时感染和继发性损害的可能性。使用糖尿病大鼠的体内实验表明，当使用这种polyHEMA/PPY水凝胶进行电刺激时，其愈合速度快于普通电极。因此，这种polyHEMA/PPY水凝胶有望用于慢性伤口的电刺激治疗。

此外，导电水凝胶的抗菌性能和力学性质也是其应用于伤口修复的重要因素。华中科技大学杨光等针对身体可拉伸部位（包括肘部、膝盖、腕部和项枕等）的皮肤伤口通常会因频繁运动而愈合延迟的问题，利用聚（3，4-乙撑二氧噻吩）、聚（苯乙烯磺酸盐）、瓜尔胶泥制备了一种可注射、生物相容性好、可自愈的导电凝胶材料（PPGS），并用于治疗各种伤口。吉林大学林权等将聚多巴胺修饰的银纳米颗粒（PDA@AgNPs）、聚苯胺和聚乙烯醇通过超分子组装得到柔软的导电水凝胶。该水凝胶对革兰阴性菌和革兰阳性菌表现出广泛的抗菌活性，并可以实时监测人体的运动。另外，PDA@AgNPs/CPHs也可通过促进血管生成，加速胶原蛋白沉积，抑制细菌生长和控制伤口感染，对糖尿病伤口起到显著治疗作用。(https://www.daowen.com)

另外，在临床操作中，电刺激疗法常常需要使用较大的设备，难以实现实时治疗。因此，亟须开发能够在伤口部位产生电场以用于皮肤伤口愈合的可穿戴和即时护理的设备。由于体积小巧，酶生物燃料电池（EBFC）和纳米发电机等自供电器件引起了研究者们的关注。日本东北大学Nishizawa等使用柔性酶电极和可拉伸水凝胶制备了内置酶生物燃料电池（EBFC）的可拉伸生物电膏，该生物燃料电池通过酶电化学反应可在皮肤表面产生超过12 h的离子电流。动物实验结果表明，该电膏的离子流可促使伤口愈合更快、更顺畅。此外，华中科技大学张连斌等开发了一种由自黏附水凝胶和压电纳米发电机构成的混合皮肤贴片（HPSP，图11-9），它由仿贻贝黏附的水凝胶基质和基于取向PVDF纳米纤维的压电纳米发电机组成。该压电纳米发电机具有与皮肤相近的杨氏模量，可以自黏附在伤口部位，并在局部产生由运动引起的电压。作为一种可穿戴的实时电刺激设备，该贴片大大加快了伤口愈合过程，与常规纱布敷料相比，利用该器件可使全层皮肤缺损的闭合时间缩短约1/3。

图11-8　polyHEMA/PPY水凝胶的制备示意图
Figure 11-8　Schematic diagram of preparation of polyHEMA/PPY hydrogel

图11-9　具有自黏附性能的水凝胶和压电纳米发电机的复合皮肤贴片
Figure 11-9　Bioinspired hybrid patches with self-adhesive hydrogel and piezoelectric nanogenerator