静电纺丝与冷冻干燥技术构建PCL/壳聚糖-明胶双层敷料及其增强伤口愈合的作用机制研究

本研究针对复杂伤口愈合的临床需求，通过静电纺丝与冷冻干燥技术构建了具有双层结构的PCL/壳聚糖-明胶复合敷料。上层的疏水性PCL-Cs纳米纤维有效阻隔细菌渗透，下层的多孔Cs-Gel海绵展现超过500%的溶胀率和优异的保湿性能。该敷料对金黄色葡萄球菌的抑制率最高达82%，细胞活力测试显示DL-25Cs组在3天后达453±111%。研究为开发兼具抗菌防护与组织再生功能的新型伤口敷料提供了创新策略。

　　

皮肤作为人体最大的器官，是抵御外界有害物质的第一道屏障。由于直接暴露于各种环境因素中，皮肤极易受到各类损伤，因此伤口愈合过程对维持这一重要器官的完整性和功能至关重要。在现代治疗手段中，功能性伤口敷料因其多效治疗作用而日益受到重视，它们不仅能作为临时屏障保护伤口免受外部侵害，还能通过保持湿润环境、吸收分泌物和防止细菌滋生来加速愈合进程。然而，现有敷料在模拟皮肤天然结构和功能方面仍存在不足，特别是如何同时实现抗菌防护、适度透气和促进组织再生的多重功能。

针对这一挑战，研究人员在《Carbohydrate Polymer Technologies and Applications》上发表了一项创新研究，通过结合静电纺丝和冷冻干燥技术，开发了一种具有双层结构的功能性伤口敷料。该敷料的上层采用聚己内酯（PCL）和壳聚糖（Cs）复合纳米纤维，通过静电纺丝技术制备，提供了疏水性和机械强度；下层则由壳聚糖和明胶（Gel）通过冷冻干燥形成多孔海绵结构，赋予其高吸液性和生物相容性。这种设计巧妙模拟了皮肤的表皮层和真皮层结构，上层抵御细菌入侵和水分过度蒸发，下层吸收渗出液并维持湿润环境，从而协同促进伤口愈合。

研究主要采用了以下关键技术方法：首先通过静电纺丝制备PCL-Cs纳米纤维顶层，优化纺丝参数以获得均匀无珠的纤维结构；其次采用冷冻干燥技术构建Cs-Gel多孔海绵底层，通过调控Cs与Gel的比例和交联条件优化其孔隙率和力学性能；最后将两层整合形成结构稳定的双层敷料。通过扫描电镜观察形态学，液置法测定孔隙率，接触角测量评估疏水性，并系统测试了敷料的溶胀行为、水蒸气透过率、力学性能、抗菌活性和细胞相容性。

3.1. 伤口敷料的形态学

扫描电镜显示PCL-Cs5%纳米纤维具有127±39 nm的平均直径和均匀无珠结构，而Cs-Gel海绵呈现多孔互联结构，孔隙率随Cs含量增加而升高（Cs75-Gel25达74±3%）。双层敷料截面显示两层间结合良好，无分层现象。

3.2. 接触角、溶胀和保水性

PCL-Cs5%的接触角为104±6.3°，表明适度疏水。Cs-Gel单层海绵在30分钟内溶胀率超过500%，其中Cs100达1926±160%。双层敷料DL-50Cs和DL-25Cs的溶胀率分别为577±30%和545±21%，且表现出良好的保水性能（10小时后保留超过25%水分）。

3.3. 水蒸气透过率（WVTR）

Cs-Gel单层敷料的WVTR在2000-2500 g/m2/天范围内，而双层敷料DL-50Cs和DL-25Cs分别为3300±110和1993±136 g/m2/天，处于理想伤口敷料的透湿范围。

3.4. 伤口敷料的力学性能

加入5% Cs使PCL纳米纤维的拉伸强度从5.4±2.26 MPa提升至12.9±2.23 MPa。Cs-Gel海绵的压缩强度随Gel含量增加而升高，Cs25-Gel75达1.36±0.26 MPa，与天然皮肤力学性能匹配。

3.5. 伤口敷料的抗菌活性

细菌扩散实验表明PCL-Cs5%纳米纤维能有效阻隔细菌渗透。 turbidity test显示敷料对金黄色葡萄球菌的抑制效果显著（Cs25-Gel75为82%，DL-25Cs为79%），但对大肠杆菌的抑制较弱（最高30%），这与Cs对革兰氏阳性菌的特异性作用有关。

3.6. 体外生物学评价

MTT实验显示所有样品均具有高细胞相容性，DL-25Cs在3天和7天后的细胞活力分别达453±111%和201±12%。细胞黏附实验表明，Gel含量高的组别细胞黏附更佳，且双层结构进一步促进了细胞聚集和生长。划痕实验证明敷料提取物能增强细胞迁移，DL-25Cs组的伤口闭合率达23±5%，高于对照组的16±11%。

研究表明，这种双层敷料通过协同作用优化了伤口微环境：上层的PCL-Cs纳米纤维提供了机械保护和抗菌屏障，下层的Cs-Gel海绵则通过高吸液性和多孔结构支持细胞浸润和营养交换。特别是Cs的引入不仅增强了抗菌性能，还通过与Gel的协同作用改善了材料的生物活性。敷料的水蒸气透过率、溶胀性能和力学强度均符合理想伤口敷料的标准，而其优异的细胞相容性和促迁移能力进一步支持其在临床中的应用潜力。

讨论部分强调，该研究的创新点在于通过简单可扩展的制备方法，实现了双层敷料的结构与功能整合。与传统敷料相比，这种设计更好地模拟了天然皮肤的双层结构，同时兼顾了防护性和再生性功能。然而，研究也存在一定局限性，如对革兰氏阴性菌的抑制效果有限，且尚未进行体内实验验证长期疗效和安全性。

总体而言，这项研究为开发新型伤口敷料提供了有价值的策略，特别是在处理慢性伤口、烧伤和糖尿病溃疡等复杂伤口方面具有广阔应用前景。未来的研究可进一步探索材料的长效抗菌机制、体内降解行为以及临床转化路径。