可定制褶皺圖案水凝膠 - 纖維膜復合支架的制備與傷口愈合應用

燒傷創面愈合是臨床護理中最復雜和棘手的難題之一，常伴隨大量體液流失、病理生理紊亂和修復過程漫長。傳統的高含水量水凝膠敷料雖能提供濕潤環境，但普遍存在拉伸性差、機械強度不足、被動愈合效率有限等問題，難以適應關節等大變形部位的動態傷口。同時，現有治療策略缺乏主動引導組織再生的能力。因此，開發兼具優異力學性能與主動修復功能的新型敷料至關重要。

團隊靈感源自天然皮膚的層狀結構與彈性特性，通過掩模輔助光交聯調控水凝膠模量的空間分布，并結合彈性基底預拉伸釋放策略，成功制備出可定制褶皺圖案的水凝膠/纖維膜（HFM）復合材料。該設計核心在于：①選用明膠甲基丙烯酰酯（GelMA）與聚乙烯醇（PVA）構建水凝膠網絡，搭配聚脲（PU）/ 聚甲基氫硅氧烷（PMHS）纖維膜作為彈性基底，通過預拉伸釋放產生的壓縮應力誘導褶皺結構，顯著提升材料拉伸性能（斷裂伸長率 > 400%）；②引入單寧酸（TA）通過C=C鍵、疏水作用等多重相互作用，強化水凝膠與纖維膜的界面黏附，并構建致密網絡增強力學穩定性；③通過硫醇-烯點擊反應實現了基質細胞衍生因子1α（SDF1α）的梯度固定化，利用其化學趨化作用定向招募內源性干細胞，同時通過RNA測序證實該復合材料可抑制IL-17等炎癥信號通路，減輕創面炎癥反應。體內深二度燒傷模型驗證顯示，該復合敷料能加速創面閉合、促進膠原有序沉積，為燒傷創面修復提供了結構-功能一體化的新型解決方案。

01

褶皺型 HFM 復合材料的制備與結構表征

圖1 圍繞材料關鍵制備條件與結構特性展開驗證：圖a的SEM圖像顯示4wt% PMHS修飾的PU纖維膜呈隨機取向非織造結構，圖b的水接觸角數據證實其疏水性能優異，可抵御水凝膠前驅體滲透；圖c的循環拉伸曲線表明纖維膜具備良好的彈性恢復性；圖e的SEM圖像直觀呈現不同 UV 照射時間對褶皺形成的影響，10min照射組形成連續平行褶皺，而15min組出現分層；圖 h、i的XPS圖譜證實TA與水凝膠形成交聯網絡，新出現的π-π*衛星峰驗證了TA的成功引入，這些結果共同保障了復合材料的結構完整性與后續功能實現。

02

HFM-TA 復合材料的界面黏附與力學性能評估

圖2通過定量測試與直觀演示，全面展示了復合敷料較優的力學性能：圖 a-d 的剝離實驗表明，經單寧酸（TA）改性后，復合材料的界面粘附力顯著增強，且在*處理后界面可重構，粘附力恢復至初始的5.4倍，體現了其可修復性；圖e闡釋了TA通過多重氫鍵等作用增強界面結合的機理；圖f-h的拉伸測試顯示，褶皺結構使水凝膠的拉伸率提升至352%，而TA進一步強化的復合材料（HFM-TA）實現了>400%的斷裂伸長率、1.2 MPa的拉伸強度和2.7 MJ m?3的韌性；圖i-k通過循環拉伸測試及在手指關節上的演示，證實了該敷料在大變形下優異的形狀恢復能力和能量耗散特性，滿足動態傷口的使用需求。

03

SDF1α 梯度固定化與干細胞遷移能力驗證

圖3聚焦復合材料的生物功能驗證：圖a的LSCM圖像與熒光強度曲線證實SDF1α呈“中間-雙側" 梯度分布，為干細胞定向遷移提供信號基礎；圖b、c的活/ 死染色與細胞活力數據顯示，復合材料提取物培養的間充質干細胞（MSCs）活力＞98%，證實其生物相容性優異；圖d、e的劃痕實驗和圖f、g的Transwell實驗結果顯示，SDF1α修飾組的干細胞遷移面積與遷移數量顯著高于未修飾組，直接印證SDF1α對干細胞的定向招募作用，為材料的體內修復效能提供了體外數據支撐。

04

體內燒傷創面愈合效果評估

圖4通過動物實驗直觀呈現復合材料的創面修復優勢：圖a的大鼠創面宏觀圖像顯示，術后12天SDF1α/wrinkled HFM-TA組創面基本能夠閉合，而3M Tegaderm膜組與未負載SDF1α的HFM-TA 組仍有明顯創面；圖b的創面面積軌跡與圖c的收縮率數據量化顯示，SDF1α修飾組的創面收縮速度顯著更快，12天創面收縮率顯著高于其他兩組，這些體內數據直接證實該復合材料能有效加速深二度燒傷創面閉合，凸顯其臨床應用潛力。

05

創面組織學與免疫組織化學評估

圖5從組織微觀結構與炎癥反應層面深化驗證修復效果：圖a、b的H&E染色顯示，SDF1α/wrinkled HFM-TA 組創面間隙更小，組織再生更充分；圖 c、d 的Masson染色表明，該組膠原纖維沉積更致密、排列更規整，利于創面組織重塑；圖e、f的CD68染色（巨噬細胞標志物）顯示，SDF1α修飾組的炎癥細胞浸潤顯著減少，證實其能有效減輕創面炎癥反應，這些組織學結果從結構修復與炎癥調控兩方面，揭示了復合材料促進創面愈合的內在機制。

06

RNA-seq 轉錄組分析結果

圖6從分子機制層面解析復合材料的抗炎修復機理：圖a的火山圖顯示，SDF1α/wrinkled HFM-TA 組相較于未修飾組，有 363 個基因下調、84 個基因上調；圖b、c的KEGG 富集分析表明，免疫相關信號通路（如細胞因子 - 細胞因子受體相互作用、IL-17 通路）顯著下調；圖 d 的 IL-17 通路熱圖進一步證實，Ccl11、Cxcl10 等炎癥相關基因表達水平顯著降低，這些轉錄組數據明確了復合材料通過抑制炎癥通路、調控免疫反應促進創面愈合的分子機制，為其修復效能提供了深度理論支撐。

本研究開發了一種面向燒傷修復的智能褶皺復合敷料，其核心優勢如下：

力學自適應：通過可定制褶皺結構設計，材料具備超高拉伸性（>400%）與形狀記憶能力，能貼合動態傷口。

主動促修復：利用光控梯度固定SDF1α，主動引導內源性干細胞定向遷移至創面，變被動覆蓋為主動再生。

多效協同：天然多酚TA同時增強材料力學強度與界面粘附，并與SDF1α協同調控免疫微環境，有效抑制過度炎癥。

安全可轉化：基于生物相容性材料構建，體外體內實驗均證實其安全性與顯著促愈合效果，具有明確的臨床轉化潛力。

該敷料實現了力學適配、生物主動與免疫調控的一體化集成，為難愈性創面治療提供了創新策略。