一种多功能双层水凝胶贴片，具有光热驱动的方向性收缩和生物调节功能，可促进伤口愈合

《Materials Today》：A multifunctional bilayer hydrogel patch with photothermal-driven directional contraction and bioregulation for enhanced wound healing

本研究设计了一种多功能双层水凝胶贴片DCTH/PH，通过近红外照射触发外层DCTH方向性收缩（应力降低90.3%），同时内层PH中的光热纳米酶PNZ抑制炎症（Cxcl17、Tnfsf11基因下调）并促进血管生成，实现机械应力缓解与生物调节协同作用。体内实验显示其加速伤口闭合3.4倍，减少疤痕形成并优化组织再生。

　　在现代医学领域，伤口愈合一直是重要的研究方向，尤其是对于急性伤口如切口、割伤和擦伤的处理。这类伤口的愈合过程常受到机械张力和炎症反应的显著影响，而传统治疗方法虽然在促进伤口闭合和减少感染方面具有一定成效，但往往无法有效调控复杂的生物过程，包括免疫调节和机械张力的降低。这些不足可能导致炎症加重和病理性的瘢痕形成。因此，开发一种能够同时实现机械张力调控与生物调节的先进材料成为提升伤口修复效率的关键。

本研究提出了一种多功能双层水凝胶贴片（DCTH/PH），该贴片结合了方向性张力降低和生物调控能力，从而显著提升伤口愈合效果。DCTH/PH由两层构成：外层为具有方向性收缩特性的热响应水凝胶（DCTH），内层为具有光热响应和生物调控功能的水凝胶（PH）。DCTH层通过可调的拉伸与固定（S&F）过程，形成具有各向异性结构的材料，使其在受到近红外（NIR）照射时能够实现定向收缩，从而减轻伤口周围的机械张力。PH层则通过动态Schiff碱网络，结合光热纳米酶（PNZ），在促进血管生成和抑制炎症反应方面表现出色。PNZ由鞣酸（TA）与Ce??通过金属-多酚组装形成，不仅具备光热转化能力，还能通过模拟超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）的活性，清除活性氧（ROS），从而降低炎症水平。

在体外实验中，PH层展示了良好的生物相容性和抗炎能力。通过DPPH和H?O?清除实验，证明了PNZ在不同浓度下对活性氧的清除效果，其中300μg/mL浓度的PNZ表现出最佳的清除能力。此外，体外细胞迁移实验也表明，PH层能够有效促进上皮细胞的迁移，从而加快伤口愈合。这些结果证实了PH层在生物调控方面的有效性，为后续的体内实验奠定了基础。

在体内实验中，DCTH/PH贴片在小鼠全层切口模型中表现出显著的愈合加速效果。相较于传统方法，DCTH/PH能够使伤口闭合速度提升约3.4倍，并且显著减少了炎症和纤维化现象。通过有限元分析，我们发现DCTH/PH能够有效降低伤口周围由张力引起的有害应力，达到90.3%的减少率。这表明该贴片不仅在物理层面实现了方向性张力降低，还在生物层面促进了组织的修复与再生。

在大面积急性伤口模型中，DCTH/PH同样展现出卓越的治疗效果。通过对比实验，我们发现DCTH/PH组的伤口闭合速度明显优于对照组和其他传统治疗方法。此外，组织病理学分析表明，DCTH/PH能够显著促进上皮细胞的再生和血管生成，同时减少瘢痕形成。通过免疫荧光染色和组织学分析，我们进一步验证了DCTH/PH在调控炎症反应和纤维化过程中的作用，例如通过降低Cxcl17、Tnfsf11等基因的表达，有效抑制了炎症反应和过度纤维化。

从分子机制的角度来看，DCTH/PH通过调节与炎症和纤维化相关的基因表达，显著改善了伤口愈合的微环境。例如，通过转录组分析，我们发现DCTH/PH能够显著下调与炎症相关的基因，如Cxcl17、Ccl17、Tlr4和Il1a，同时上调与血管生成和上皮细胞增殖相关的基因。这表明DCTH/PH不仅能够有效减少炎症，还能促进组织的正常修复，减少瘢痕形成。此外，通过调控PI3K-Akt、TNF和NF-κB等信号通路，DCTH/PH能够进一步优化伤口愈合过程，减少因机械张力导致的不良反应。

在实际应用中，DCTH/PH的双层结构设计使其能够有效避免传统水凝胶在伤口闭合过程中可能带来的机械不匹配问题。内层PH的可降解特性使其能够在适当的时间内降解，从而防止对伤口闭合的干扰，同时释放出生物活性成分，促进组织修复。而外层DCTH的强韧性和方向性收缩能力则确保了贴片在动态环境下的稳定性和有效性。这种结构设计不仅提升了贴片的机械性能，还优化了其生物功能，使其在复杂的临床环境中具备更高的适用性。

从材料科学的角度来看，DCTH/PH的制备过程充分考虑了不同离子对水凝胶性能的影响。通过选择Al3?作为二次交联剂，我们实现了DCTH的高韧性与良好的疲劳性能，使其能够承受关节活动等复杂情况下的拉伸和弯曲。同时，我们还对不同拉伸比例（100%、150%、200%）进行了评估，发现150%拉伸的DCTH在方向性收缩方面表现最佳，这为后续的优化提供了重要依据。

在功能性评估方面，DCTH/PH展现出一系列优势。首先，其方向性收缩能力显著优于传统水凝胶，能够在短时间内产生有效的机械应力，从而促进伤口闭合。其次，其生物调控功能在多个方面得到了验证，包括抗炎、抗氧化和促血管生成。这些特性使得DCTH/PH在伤口修复过程中能够同时应对机械和生物挑战，显著提升了治疗效果。此外，通过显微镜观察和组织学分析，我们还发现DCTH/PH能够有效促进上皮细胞的再生和血管网络的形成，进一步支持其在促进伤口修复方面的潜力。

尽管DCTH/PH在多个实验模型中表现出优异的性能，但在实际应用中仍需进一步研究和优化。例如，如何在不同解剖部位实现精确的方向性张力调节，以及如何在慢性伤口中保持其治疗效果，这些都是未来研究的重要方向。此外，随着临床需求的增加，开发更具成本效益和可扩展性的制造工艺也是推动该技术临床转化的关键。因此，后续研究应重点关注这些方面，以确保DCTH/PH在更广泛的临床场景中发挥其全部潜力。

总的来说，DCTH/PH作为一种创新的双层水凝胶贴片，结合了方向性张力调控和生物调控功能，为急性伤口的治疗提供了新的思路和解决方案。其在体外和体内的实验结果均表明，该贴片能够有效促进伤口闭合，减少炎症和纤维化，从而降低瘢痕形成的风险。同时，其优异的机械性能和生物相容性也为其在复杂伤口修复中的应用奠定了基础。未来的研究应进一步探索其在不同伤口类型和临床环境中的适应性，以及如何通过优化材料设计和制造工艺，提高其在实际应用中的可行性和效果。