《Colloids and Surfaces B: Biointerfaces》：Nature-Inspired Dermal Barrier: Tunable Biofunctional BSA-Fenugreek Films and Spreadable Soft Hydrogel for Skin Photoprotection and Healing
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本研究通过整合 Fenugreek 种子提取物（FE）与牛血清白蛋白（BSA），成功开发了具有机械稳定性和多重功能的复合水凝胶。FE 的抗氧化、抗炎及 UV 吸收特性与 BSA 的热诱导纤维化网络协同作用，形成无需化学交联剂的多功能水凝胶，在薄膜和软凝胶形式中均表现出优异性能，显著提升皮肤对 UV 辐射的防护能力并促进组织修复。
作者：Shikha Tripathi、Nitesh Kumar Mishra、Sakshi Agarwal、Anjali Upadhyay、Shilpi Chaudhary、Sudip Mukherjee、Sanjeev Kumar Yadav、Avanish Singh Parmar
印度理工学院（BHU）物理系，瓦拉纳西，北方邦，印度
摘要
紫外线引起的皮肤损伤日益普遍，而合成防晒霜存在毒性、对环境的危害以及多功能性不足等局限性，这推动了对天然、生物相容性替代品的需求。葫芦巴（Trigonella foenum-graecum）种子提取物（FE）富含多酚和黄酮类化合物，具有天然的抗氧化、抗炎和吸收紫外线的特性，但其机械稳定性不足，不适合外用。本研究通过将FE与牛血清白蛋白（BSA）结合，开发出薄膜和软质水凝胶形式的产品，从而解决了这一问题。利用BSA受热后形成的纤维结构，该复合水凝胶结合了FE的生物活性和可调节的蛋白质网络，无需使用化学交联剂。全面表征表明，该水凝胶具有剪切稀化行为、粘弹性稳定性，并且比单独使用BSA具有更强的紫外线防护效果。生物学评估显示其具有生物相容性，能有效抵御UVB引起的氧化应激，并通过抗炎和抗氧化机制促进组织修复。薄膜配方具有更好的机械强度和更长的粘附时间，非常适合长期光保护。这项工作强调了天然蛋白质-多酚协同作用在制备多功能水凝胶方面的潜力，实现了紫外线防护与组织修复的结合。
引言
皮肤是人体最大的器官，主要负责抵御环境侵害，包括紫外线（UV）辐射。过度暴露于紫外线会导致氧化应激、炎症和早衰，增加患皮肤癌的风险[1]。有效的防护需要能够阻挡紫外线辐射并减轻由此产生的活性氧（ROS）和炎症的材料[2]。传统防晒霜存在毒性、环境持久性和多功能性有限等挑战，因此亟需开发生物相容性和多功能性的替代品[3][4]。
在开发生物相容性和多功能性水凝胶的过程中，具有已知治疗特性的天然植物提取物显示出巨大潜力[5]。在这方面，葫芦巴（Trigonella foenum-graecum）种子提取物因其富含多酚和黄酮类化合物而成为有前景的候选材料[6][7]。这些生物活性化合物可作为天然抗氧化剂，中和紫外线暴露产生的活性氧（ROS），同时减少炎症[8][9]。然而，葫芦巴难以形成稳定的水凝胶，这限制了其在紫外线防护制剂中的应用。此外，葫芦巴提取物在传统医学中还因其控制氧化应激和炎症的双重作用以及抗菌特性而受到重视[10]，尤其是在处理慢性伤口时，长期炎症和氧化损伤是愈合的常见障碍[11]。尽管如此，单独使用葫芦巴种子提取物形成的凝胶机械稳定性较差，需要添加化学交联剂来提高其功能性，但化学交联剂往往会影响生物相容性，使其不适合敏感应用[12][13]。
BSA能够在无需化学交联剂的情况下稳定葫芦巴基水凝胶。在受控条件下，BSA会形成淀粉样纤维，形成强韧且相互连接的网络，增强水凝胶的结构稳定性和可调性[14][15]。这使得可以制备出多种形态的水凝胶，如薄膜和可涂抹的水凝胶，以满足特定皮肤应用的需求。除了提供机械支撑外，BSA还能提高水凝胶的治疗效果[16][17]。其紫外线吸收能力与葫芦巴的防护作用相辅相成，形成双重防护屏障[18]。BSA的加入有助于释放葫芦巴中的生物活性化合物，这些化合物的释放与水凝胶的降解速率相耦合，从而长期保持其防护和修复功能。
本研究旨在设计和表征这种BSA-葫芦巴复合水凝胶平台，结合天然蛋白质-多酚协同作用和绿色制造方法，开发出可持续、生物相容性的材料，用于皮肤护理。通过综合物理化学分析及体外和体内生物学评估，研究旨在阐明水凝胶防护和再生功能的分子机制，为当前皮肤光保护和伤口愈合问题提供创新解决方案。水凝胶能够牢固地附着在皮肤上，确保持续覆盖和长期有效性，这对于防止紫外线损伤和促进受损组织修复至关重要。
材料与方法
详细内容见
补充文件S1
结果与讨论
通过80°C下对BSA和BSA-FE溶液进行热诱导纤维化处理成功合成了水凝胶（通过小瓶倒置测试验证），而单独使用葫芦巴提取物（FE）无法形成稳定的水凝胶（图1a）。将FE加入BSA基质中可形成稳定的复合可涂抹软质水凝胶，浓度加倍后则形成更致密、机械强度更高的FE-BSA薄膜。在人类手指关节上的粘附测试表明...
结论
本研究成功设计了一种葫芦巴-BSA复合水凝胶，将天然生物活性化合物与基于蛋白质的结构工程相结合。通过利用FE的多酚抗氧化和紫外线吸收特性以及BSA的淀粉样网络，该水凝胶克服了单独使用FE的局限性，同时实现了双重功能。关键发现表明，该复合水凝胶不仅能有效阻挡紫外线辐射，还能减轻...
伦理声明
我们声明该项目已获得Banaras Hindu大学机构动物伦理委员会的批准（批准编号：BHU/DoZ/IAEC/2021-2022/015），允许在瑞士白化小鼠上进行伤口愈合测试。处理动物时严格遵循了CPCSEA指南。
作者贡献声明
Nitesh Kumar Mishra：正式分析、数据管理。
Sakshi Agarwal：撰写、审稿与编辑、监督、资源协调。
Shikha Tripathi：撰写初稿、实验研究、正式分析、数据管理、概念构思。
Avanish Singh Parmar：撰写、审稿与编辑、数据可视化、监督、资源协调、项目管理、资金筹措、概念构思。
Sudip Mukherjee：撰写、审稿与编辑、监督、资源协调。
Sanjeev Kumar Yadav：监督、资源协调。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
作者衷心感谢印度理工学院（BHU）物理系和中央仪器设施提供的仪器和基础设施支持。同时感谢印度瓦拉纳西Banaras Hindu大学动物学系的帮助。本研究得到了印度政府
总理研究奖学金（PMRF）的财政支持。
