深圳大学张学记团队《Nano Letters》：渗出液定向排出、抗菌、监测的多功能伤口敷料

慢性伤口（如糖尿病溃疡、压疮等）因高糖环境、细菌感染和过量渗出液导致炎症迁延，难以愈合。传统纱布敷料被动吸收渗出液容易达到饱和状态，反而加重周围皮肤浸渍和感染风险。渗出液富含葡萄糖、尿酸等生物标志物，其动态变化可反映伤口状况：pH升高提示细菌定植，葡萄糖水平异常阻碍愈合。单一功能敷料在慢性伤口护理中的治疗效果有限。因此，开发兼具渗出液定向排出、抗菌治疗和多指标电化学传感的多功能智能敷料，对慢性伤口的护理至关重要。

近日，深圳大学张学记团队许太林课题组在期刊《Nano Letters》上发表题为“用于单向泵送和监测伤口渗出液的集成式 Janus 生物电子绷带”（ An Integrated Janus Bioelectronic Bandage for Unidirectional Pumping and Monitoring of Wound Exudate）的研究论文。该文章针对慢性伤口愈合慢、渗液多、易感染的问题，制备电纺 Janus 抗菌敷料单向从伤口床中泵出渗出液，并通过基于激光雕刻石墨烯 (LEG) 的电化学传感器有效检测伤口床的三种生理生物标志物（图1）。张学记教授、许太林副教授和刘聪慧助理教授为共同通讯作者，博士生王静、本科生叶锦涛、李卓衡为共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金、深圳市科技计划、深圳市海外人才计划、广东高校海洋微生物组工程重点实验室和深圳市科技计划的资助。

图1. 用于渗出液管理和监测的Janus伤口护理绷带的示意图和实物图

本研究开发了一种具有不对称润湿性的Janus伤口敷料，通过静电纺丝技术在亲水性医用纱布表面构建了负载银纳米颗粒（AgNPs）的疏水性TPU纳米纤维层（直径43.46±16.85 nm），形成显著的润湿性梯度（疏水面接触角137.8° vs 亲水面0°）。该敷料基于Laplace压力差和毛细管力协同作用，实现了伤口渗出液从疏水侧向亲水侧的高效单向传输（2.2秒/滴），实验证明93.7%的液体被亲水层吸收，残留水分仅2.28%，同时均匀分布的AgNPs（粒径约1nm）提供了优异的抗菌性能（抗菌率＞99.5%）（图2）。 

图2. Janus敷料单向泵送表征

研究采用激光雕刻技术制备了一次性的柔性三维多孔石墨烯（LEG）电极阵列，通过拉曼光谱（ID/IG=0.476）证实了高质量石墨烯的成功制备。该传感器阵列由三个工作电极（直径3 mm）、一个对电极（宽度2 mm）和参比电极（1 mm×1.5mm）组成，经30%功率优化处理后在保持结构完整性的同时实现了最佳性能。性能测试表明：葡萄糖传感器在0-14 mM范围内线性良好（R²=0.996），检测限达0.15 mM；尿酸传感器在100-600 μM范围内响应线性（R²=0.964），检测限为6.85 μM；聚苯胺修饰的pH传感器在pH 4-8范围内灵敏度达60.76 mV/decade，接近能斯特响应。三传感器均表现出优异的抗干扰能力和稳定性，适用于伤口渗出液中多指标原位监测（图3）。

图3. 激光雕刻石墨烯 (LEG) 基电化学传感器的性能

在小鼠全层皮肤缺损模型中，Janus生物电子绷带展现出显著的促愈合效果。TPU/Ag组在第3天即开始结痂，14天后伤口闭合率达90.35%，显著高于TPU组（88.46%）和对照组（76.33%）。组织学分析显示，TPU/Ag组新生表皮厚度达87.67±8.16 μm，胶原沉积量达61.09%，均优于其他组。通过集成电化学传感器，系统成功实现了伤口微环境的3天内的原位动态监测（图4）。

图4. Janus 生物电子伤口护理绷带在全层伤口模型中对伤口愈合和监测

【结论与展望】

综上所述，该研究通过综合伤口渗出液管理、抗菌和监测于一体的多功能伤口绷带，有助于对慢性伤口的护理。Janus敷料由疏水性TPU材料电纺到亲水性医用纱布上组成，实现了伤口渗出液的单向泵送，具有良好的生物相容性、柔韧性和透气性。渗出液管理与抗菌AgNPs的结合不仅可以促进伤口愈合，还可以将渗出液引导至外部电极进行进一步监测。图案化、可扩展的柔性石墨烯传感阵列用于实时监测伤口生物标志物，包括葡萄糖、尿酸和 pH。这种集成式 Janus 伤口护理平台可以促进伤口愈合并实现个性化监测，可能有益于慢性伤口的治疗和家庭护理。

原文链接：

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c06147