3D打印壳聚糖基抗菌柔性电极：电刺激疗法促进感染性糖尿病伤口愈合的创新研究

为解决糖尿病慢性伤口感染率高、愈合缓慢的临床难题，西北工业大学团队开发了一种3D打印抗菌多孔柔性水凝胶电极（APFE）。该研究将季铵化壳聚糖（QCS）的抗菌特性与导电聚合物PEDOT:PSS结合，通过个性化电刺激（ES）疗法显著加速伤口愈合。体外实验显示其对MRSA和E.coli的抑菌率分别达85.71%和93.65%，动物实验证实14天内伤口闭合率达98.99%，组织学分析显示胶原沉积增加54%。这项发表于《Supramolecular Materials》的研究为糖尿病伤口护理提供了可定制化解决方案。

　　

糖尿病患者的伤口愈合是世界性医学难题，约25%的糖尿病患者会遭遇慢性伤口，其中半数伴随感染，导致截肢甚至死亡。传统治疗难以解决两个核心问题：一是伤口形状复杂导致敷料贴合不佳，二是生物电信号紊乱延缓愈合。皮肤受伤时会产生20-50 mV的"损伤电流"引导细胞迁移，但糖尿病患者这种电信号显著减弱。

西北工业大学的研究团队在《Supramolecular Materials》发表突破性成果，他们创造性地将3D打印技术与生物电调控相结合。通过将天然甲壳素（CT）经丁酰化改性为二丁酰甲壳素（DBC），再与导电高分子PEDOT:PSS复合，最终季铵化获得抗菌材料QCS，构建出抗菌多孔柔性电极（APFE）。关键技术包括：1）采用热致相分离（TIPS）法制备导电墨水；2）优化3D打印参数实现5-10 μm精准孔隙；3）建立MRSA感染的糖尿病小鼠模型验证疗效；4）运用10 Hz电刺激参数进行安全治疗。

【2.1 物理化学结构表征】
傅里叶变换红外光谱（FTIR）证实丁酰化在1724 cm^-1
形成酯键特征峰，季铵化后出现1742 cm^-1
新峰。这种改性使材料溶解度提升3倍，为后续加工奠定基础。

【2.2 APFE墨水流变学研究】
含20wt% PEDOT:PSS的APFE 5在160%应变下仍保持弹性模量优势，而基础配方APFE 1在5.7%应变即发生液固转变。剪切稀化实验中，所有墨水在100 s^-1
剪切速率下粘度下降80%，确保顺利挤出。

【2.3 最优打印参数确定】
0.2 mm喷嘴高度下打印的电极呈现规整网格结构，孔隙率达78%。而间距>0.2 mm时出现"鞭打效应"，导致结构坍塌。最终选用23wt% DBC+57wt% DMF+20wt%丙酮的墨水配方。

【2.4 电极特性表征】
APFE 3展现出与皮肤匹配的力学性能：拉伸强度2.43±0.57 MPa，延展性48.91±2.84%（皮肤为54±17%）。阻抗测试显示其在1 kHz下阻抗<100 kΩ，导电率达1.0×10^-2
S/m。LED导通实验证实其可承载3V电压。

【2.5 抗菌活性】
电刺激使APFE 5对MRSA的杀灭率从78.3%提升至95.23%。SEM显示细菌细胞膜出现明显孔洞，源于QCS季铵基团与膜磷脂的静电作用。

【2.6 生物相容性评估】
Alamar Blue检测显示，电刺激组细胞增殖率比对照组高50%。划痕实验证实，APFE 3+ES组36小时迁移率达92%，远超对照组的65%。

【2.7 体内伤口愈合评估】
糖尿病小鼠模型中，APFE 3+ES组第14天伤口闭合率98.99%，显著高于对照组的79.53%。组织学显示其胶原沉积量是对照组的2.3倍，并出现新生毛囊。

这项研究实现了三大突破：首先，通过3D打印实现伤口敷料的个性化定制，解决解剖部位适配难题；其次，将抗菌与导电功能一体化，QCS的抑菌作用与PEDOT:PSS的电导性产生协同效应；最后，证实10分钟/天的短时电刺激即可显著促进愈合。该技术不仅适用于糖尿病伤口，未来还可拓展至心肌修复、神经再生等需电信号调控的领域。研究团队特别指出，所用GTMAC季铵化试剂成本不足$5/g，具有大规模临床转化潜力。