基于壳聚糖-单壁碳纳米管预敷料辅助激光缝合的皮肤组织修复技术：热损伤控制与力学性能优化

针对深部真皮伤口愈合周期长、易感染等问题，研究人员开发了壳聚糖-单壁碳纳米管（Chitosan-SWCNT）预敷料辅助激光缝合技术。通过优化参数（激光功率4.5 W，扫描速率260 mm/s），使皮肤组织拉伸强度提升42.1%至0.540 MPa，同时将热变性程度降至0.285，实现了机械性能与热安全的平衡，为生物组织无创修复提供了新策略。

　　

皮肤作为人体抵御外界侵害的第一道屏障，其修复能力对维持机体稳态至关重要。然而，深部真皮（III级）伤口因胶原和弹性纤维再生缓慢，常面临愈合周期长、易感染等临床难题。传统缝合技术存在操作耗时、感染风险高等缺陷，而单纯激光焊接虽能加速修复，却因生物组织吸光率低且不稳定，需依赖光热转换材料（如单壁碳纳米管SWCNT）辅助，但由此引发的强光热效应又可能导致严重热损伤。另一方面，壳聚糖（Chitosan）作为天然阳离子聚合物，虽具备优异的生物相容性和抗菌性，但单独使用时力学性能不足。如何兼顾修复强度与热安全性，成为生物组织修复领域的核心挑战。

针对这一难题，国内研究人员通过创新性地整合壳聚糖与SWCNT的优势，开发了一种复合预敷料辅助激光缝合技术。研究团队采用响应面法（RSM）优化工艺参数，系统评估了不同浓度预敷料对皮肤组织力学性能和热损伤的影响。实验选用与人类皮肤结构相似的猪背皮作为模型，制备含10 mm切口的样本，通过激光功率（4.5 W）、扫描速率（260 mm/s）和离焦距离（1 mm）的协同调控，最终使缝合组织的拉伸强度达到0.540 MPa，较传统方法提升42.1%，同时将热变性程度控制在0.285的低水平。

关键技术方法包括：1）制备不同浓度的Chitosan-SWCNT预敷料；2）采用猪背皮建立标准化伤口模型；3）通过响应面法优化激光参数；4）结合拉伸测试和热变性分析评估性能。

结果与讨论

1. 预敷料性能优化：4%（w/v）Chitosan-SWCNT预敷料展现出最佳平衡性，其纳米管网络结构增强了光能吸收稳定性，而壳聚糖基质则有效缓冲了热扩散。
2. 激光参数调控：当激光功率超过4.5 W时，热变性程度显著上升；扫描速率低于260 mm/s会导致能量累积，引发胶原变性。离焦距离通过控制光斑直径调节能量密度，1 mm距离可实现深层均匀加热。
3. 协同机制解析：SWCNT通过共价键与血清蛋白结合形成刚性支架，提升机械强度；壳聚糖则通过氨基与组织羧基的静电作用促进细胞粘附，二者协同降低热损伤风险。

结论与意义
该研究首次将Chitosan-SWCNT复合体系应用于激光组织缝合，通过多参数优化实现了：1）突破传统缝合的强度瓶颈；2）建立光热转换与热扩散的动态平衡；3）为无创生物修复提供可标准化推广的方案。论文发表于《Optics》，其创新性体现在：将纳米材料（SWCNT）的增强效应与生物聚合物（Chitosan）的保护功能有机结合，为后续开发智能响应型医用敷料奠定了理论基础。值得注意的是，该方法在食管、血管等管状组织的修复中同样具有潜在应用价值，但需进一步验证其在动态生理环境下的长期稳定性。