综述：碳纳米材料：探索伤口愈合治疗的新前沿

《Bioengineering & Translational Medicine》：Carbon nanomaterials: Exploring new frontiers in wound healing therapy

本综述系统探讨了碳纳米材料（CNTs、GO、CDs等）在伤口愈合领域的突破性应用，揭示了其通过调控炎症反应、促进血管生成（Angiogenesis）和细胞增殖（如TGF-β1、VEGF表达）来加速组织再生的分子机制。文章重点分析了碳基材料独特的抗菌性（如ROS生成）、导电性及药物递送能力，同时批判性评估了生物相容性、长期毒性及临床转化挑战，为下一代智能伤口敷料的设计提供了前瞻性视角。

　　

2 WOUNDS

伤口是由急性损伤、慢性病变或外科干预引起的组织完整性破坏，其愈合过程涉及凝血、炎症、增殖和重塑四个高度协调的阶段。慢性伤口（如糖尿病溃疡）因持续炎症和血管功能不全面临愈合障碍，而传统敷料在感染控制、湿度调节和细胞调控方面存在局限性。

2.1 Types of wounds

伤口可分为急性（如撕裂伤）、慢性（如糖尿病足溃疡）和手术类伤口，每类具有独特的病理特征和治疗挑战。慢性伤口的微环境失调（如高活性氧物种ROS水平）是导致愈合延迟的核心因素。

2.2 Traditional treatment methods

传统方法包括一期闭合、二期愈合和抗菌敷料（如银离子敷料），但常面临感染复发、瘢痕形成和患者依从性差的问题。新型治疗策略需整合材料科学与细胞生物学以实现精准调控。

2.3 Modern treatment methods based on nanotechnology

纳米技术通过材料的高比表面积和可调物化特性革新了伤口护理。纳米载体（如脂质体）可实现生长因子（如VEGF）的控释，抗菌纳米材料（如AgNPs）能有效对抗耐药菌（如MRSA）。研究证实，纳米酶疗法可减轻肝纤维化，而mRNA纳米传感器（NanoFlare）能实时监测伤口愈合标志物。

3 CARBON-BASED NANOMATERIALS

碳纳米材料凭借卓越的机械性能、导电性和生物相容性成为伤口治疗的新兴平台。其抗菌机制涉及物理膜破坏、ROS生成和氧化应激诱导，同时通过调节细胞迁移（如成纤维细胞增殖）和血管生成促进愈合。

3.1 Graphene-based nanomaterials

石墨烯及其衍生物（GO、rGO）可通过Hummers法等制备，其表面官能团（如羧基）便于生物偶联。研究显示，rGO-聚多巴胺复合材料在近红外（NIR）照射下具光热抗菌效应，使小鼠伤口14天内闭合率达90%。GO-纤维素敷料通过调节IL-6和CD31表达增强血管化和胶原沉积。

3.2 Carbon-based dots

碳点（CDs、GQDs、CQDs）尺寸小于10 nm，具荧光特性与酶模拟活性。壳聚糖/PVA/CDs海绵显著减少尾部截断模型出血量（溶血率<2%），并通过复合血蛋白加速血栓形成。镧掺杂碳点（La@N-P-CQDs）在紫外激发下增强抗菌性，促进糖尿病大鼠上皮再生。

3.3 Carbon nanotubes

CNTs（SWCNTs/MWCNTs）可通过CVD法合成，但疏水性易导致团聚。功能化CNTs（如羧化壳聚糖-CNTs）能靶向递送异烟肼治疗骨结核，减少CD3+ T细胞浸润。研究表明，5% MWCNTs-壳聚糖水凝胶使胶原沉积提升120%，并增强表皮厚度。

3.4 Carbon nanofibers

CNFs直径200–70 nm，可通过静电纺丝与CVD制备。铜/锌-CNFs复合材料对MRSA和_{E. coli}具显著抑制效果（溶血率0.35%）。超疏水CNFs/PTFE敷料使剥离力降低43倍，减少二次出血风险。

3.5 Nanodiamond particles

NDs（4–5 nm）通过爆轰法合成，表面NV^?中心具备光学测温功能。丝素-ND膜实时监测伤口温度，对_{P. aeruginosa}杀菌率达97%。研究表明NDs可保护角质形成细胞免受UVB损伤，减少白细胞浸润。

3.6 Fullerene

富勒烯C₆₀通过Bingel-Hirsch功能化提升水溶性。C₆₀-PDA/GelMA水凝胶清除DPPH自由基，降低糖尿病伤口IL-1β和GSDMD-N表达，通过Nrf2/HO-1通路增强抗氧化活性。

3.7 Carbon nano-onions

CNOs为多层球形结构，比表面积达300–600 m²/g。壳聚糖-g-CNOs薄膜植入大鼠皮下60天后引发轻微炎症反应，促进脂肪组织再生与血管生成。

4 CHALLENGES, SOLUTIONS, AND PROSPECTS

碳纳米材料的临床转化面临毒性（如ROS介导的DNA损伤）、长期生物安全性及规模化生产挑战。解决方案包括表面功能化、聚合物稳定剂包覆和剂量优化。智能敷料整合AI（如预测糖尿病溃疡愈合）和电子皮肤（e-skin）技术实现实时监测。国际监管框架（FDA、OECD）的建立是推进临床应用的關鍵。

5 COMMERCIALIZED PRODUCTS

当前仅活性炭敷料（Carbonite、Karbon Ag）用于商业吸臭，纳米纤维基CNTs/石墨烯敷料仍处于临床试验阶段。企业如NanoBioMatters专注于CNTs抗菌敷料开发，但尚无产品正式上市。

6 CONCLUSION

碳纳米材料通过多机制协同作用重塑伤口微环境，但其临床转化需解决毒性、标准化生产和监管问题。跨学科合作与智能技术整合将推动下一代个性化伤口护理方案的诞生。