DOI:10.1007/s12274-020-2891-9

伤口管理是皮肤伤口愈合的关键措施，对于保持皮肤完整性及其功能具有重要意义。在伤口部位的电刺激是皮肤伤口修复的一个引人注目的策略。然而，目前迫切需要具有可与伤口组织相当的自粘性和机械性能的可穿戴即时护理电刺激设备。在此，研究者开发了一种具有自粘性水凝胶和压电纳米发电机（HPSP）的生物启发型混合贴剂，用于促进皮肤伤口愈合，它由贻贝启发的水凝胶基质和基于定向电纺聚偏氟乙烯纳米纤维的压电纳米发电机组成。该装置具有优化的模量和渗透性，适合于皮肤穿戴，可以自粘于伤口部位，并局部产生由运动引起的动态电压。研究显示，HPSP不仅可以促进成纤维细胞在体外的增殖和迁移，而且还可以通过增加关键生长因子的表达，有效地促进体内胶原蛋白的沉积、血管生成和再上皮形成。HPSP将全层皮肤缺损的伤口闭合时间缩短了约1/3，从而大大加快了愈合过程。该贴剂可用作可穿戴式实时电刺激设备，在皮肤伤口愈合的临床应用中具有潜在的应用价值。

图1.示意图显示了受生物启发的HPSP的制备，该HPSP由PDA-PAAm水凝胶自粘性基质和基于定向PVDF纳米纤维垫的PENG组成。

图2.PDA-PAAm水凝胶的表征。（a）水凝胶在人体皮肤上的粘附和去除。（b）水凝胶的流变性。G’和G’’分别表示储能模量和损耗模量。（c）水凝胶的机械性能：左图为拉伸性能；中间的图，在不同表面上的粘附曲线；右图，猪皮肤上的剥离力-延伸曲线。（c）中的插图：两片新鲜猪皮之间剥离测试的照片。（d）水凝胶的SEM图像。（e）水凝胶的水蒸气渗透性。

图3.（a）不同PVDF材料的XRD图谱和（b）FTIR光谱。图例中从左到右的每个项目分别代表PVDF材料的形态、纳米纤维取向、纳米纤维直径、热处理和纳米纤维垫的厚度。♣和♥分别代表PVDF的α和β晶相。（c）无规（无纤维间连接结构）和（d）定向（纤维间连接结构）PVDF纳米纤维膜的SEM图像。

图4.PENG输出性能的优化。（a）具有不同纳米纤维取向和直径（从左到右）的PVDF垫的SEM图像：定向，546±105 nm；定向，802±76 nm；定向，1174±92 nm；随机，833±85 nm（插图为较低放大倍数的对应视图。插图中的比例尺为10μm）。（b）不同温度处理的PENG的输出电压（1）、纳米纤维取向（2）、纳米纤维垫厚度（3）、纳米纤维直径（4）和纳米纤维垫尺寸（5），插图（5）：不同尺寸的PVDF垫基PENG的照片；优化的PENG的输出电流（6，PVDF垫尺寸=1 cm×1 cm×100μm，纳米纤维直径约500 nm，输出电压约0.85 V）。

图5.通过压电刺激NIH-3T3成纤维细胞的体外细胞行为。（a）PDA-PAAm水凝胶的细胞毒性（n=3）。（b）NIH-3T3成纤维细胞在稳定（使用或不使用PVDF纳米纤维垫的对照组和实验组分别标记为对照（S）和PVDF（S））和振动（使用或不使用PVDF纳米纤维垫的对照组和实验组分别标记为对照（V）和PVDF（V））组织培养板中培养3天内的细胞增殖（n=3，*p<0.05）。（c）在20和30 h，对照组（V）和PVDF（V）组中NIH-3T3细胞迁移的统计数据（n=8，*p<0.05和***p<0.001）。（d）在0、20和30 h，对照组（V）和PVDF（V）组中NIH-3T3成纤维细胞的划痕区域。比例尺为100μm。

图6.HPSP的体内应用可加快皮肤伤口的愈合。（a）附着在小鼠全伤口皮肤上的HPSP的数字图像（左）和HPSP促进伤口快速愈合的可能机制（右）。（b）由鼠标生物力学运动驱动的HPSP输出电压。（c）在不同处理后0、2、4、6、8和10天伤口皮肤的代表性照片，比例尺为5 mm。（d）伤口面积的量化（n=3，**p<0.01）。

图7.（a）第10天，不同治疗组伤口部位组织切片的H＆E染色和（b）Masson三色染色（黑色箭头：伤口部位；橙色箭头：炎性细胞；绿色箭头：新血管；红色箭头：新的胶原蛋白纤维）。右侧图中的比例尺可以应用于同一行中的其他图像。

图8.（a）第6天不同治疗组伤口部位表达的CD31、VEGF-A和TGF-β1的免疫组织化学染色图像（比例尺适用于其他图像）以及（b）统计分析（n=3，*p<0.01，**p<0.01和***p<0.001）。

图9.第15天（n=3）三组小鼠的血液学和血液生化分析。WBC，白细胞；NEUT，中性粒细胞；Lymph，淋巴细胞；Mon，单核细胞；Gran，中性粒细胞比例；RBC，红细胞；HGB，血红蛋白；MCHC，平均红细胞血红蛋白浓度；PLT，血小板；ALT，丙氨酸转移酶；AST，天冬氨酸转移酶；BUN，血尿素氮；CREA，肌酐。