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有效且可控的机械伤口闭合对于预防感染、促进再上皮化和减少瘢痕形成至关重要。然而，现有的伤口闭合技术局限于单轴闭合且缺乏可编程性，这阻碍了其对复杂形态伤口的适应性，并限制了个性化治疗需求。在此，研究人员提出了一种基于电热驱动机械超材料的多轴可拉伸伤口拉链（MSW
有效且可控的机械伤口闭合对于预防感染、促进再上皮化和减少瘢痕形成至关重要。然而，现有的伤口闭合技术局限于单轴闭合且缺乏可编程性，这阻碍了其对复杂形态伤口的适应性，并限制了个性化治疗需求。在此，研究人员提出了一种基于电热驱动机械超材料的多轴可拉伸伤口拉链（MSWZ）。该装置采用层级晶格结构的形状记忆合金（SMA），可通过智能手机实现六轴拉伸和可编程收缩。它提供0至0.494 MPa的可调收缩力，适应多种伤口几何形状，响应时间约为1.73秒。在大鼠模型中，该装置实现了线性伤口的近乎瞬时闭合，并使圆形伤口愈合率较对照组提高35.91%。机制上，可编程机械收缩促进了血管再生、再上皮化和胶原基质重塑，最终加速了个性化伤口愈合。该装置实现了快速、稳健且可编程的多轴收缩，在个性化伤口管理和临床转化中展现出巨大潜力。
**论文解读：多轴可拉伸拉链（MSWZ）用于个性化伤口愈合**
**研究背景与问题**
皮肤作为人体抵御外界侵袭的首要屏障，持续暴露于外部环境，易受损伤形成伤口，给全球公共卫生系统带来沉重负担。伤口形成后，及时有效的机械闭合对于控制感染、加速再上皮化和减少瘢痕至关重要。皮肤是高度特化的机械感觉器官，对机械力异常敏感。大量证据表明，适度的机械刺激不仅能加速伤口愈合，还能通过调节基质-微环境促进细胞增殖、胶原沉积和血管生成，从而实现更高质量的组织再生。然而，传统机械闭合方法（如外科缝线、皮肤钉合器、伤口拉链）均为单向性，主要适用于无明显皮肤缺损的线性伤口，对几何形状复杂的伤口适应性差，且高度依赖专业人员的操作，不利于紧急情况下的快速处理。近年来，刺激响应型收缩敷料（如水凝胶、聚合物收缩膜、形状记忆聚合物、液晶弹性体）虽能主动闭合伤口，但通常收缩力弱、效率低，收缩过程不可预测且难以量化，对不同患者耐受性的适应性差，易导致机械不匹配和局部应力集中，增加组织损伤风险。柔性生物电子系统（FBEs）在结合皮肤共形性和微控制系统方面展现出潜力，但现有研究主要集中于触觉反馈等传感应用，尚未应用于伤口闭合。因此，迫切需要一种能够实现高效、可编程机械收缩并适应复杂伤口形态的装置，以推进个性化和精准伤口治疗。
**研究内容与结论**
研究人员提出并验证了一种基于电热驱动机械超材料的多轴可拉伸伤口拉链（MSWZ）。该装置以镍钛形状记忆合金（Ni-Ti SMA）层级蜂窝晶格（HHL）为核心收缩单元，具有类皮肤的“J”形非线性力学响应。通过优化弧角（θHHL=180°）和横杆长度（LHHL=0.72 mm），HHL实现了多向拉伸（六轴间隔60°）和可编程电热收缩。在低电压（≤0.7 V）下，装置响应时间约1.73秒，能够根据伤口形态提供可调的收缩力：线性伤口0–0.494 MPa，三角形伤口0–0.274 MPa，矩形伤口0–0.298 MPa，圆形伤口0–0.243 MPa，对应闭合率分别为100%、84.85%、81.99%和87.4%。在大鼠线性伤口模型中，MSWZ实现瞬时闭合，术后第1天愈合率近90%；在圆形皮肤缺损模型中，MSWZ在8天内愈合率超过95.1%，较对照组提高35.91%。机制上，MSWZ通过机械收缩稳定缺氧诱导因子-1α（HIF-1α），上调血管内皮生长因子A（VEGFA），促进血管再生和再上皮化；同时通过减轻伤口边缘张力，抑制肌成纤维细胞过度活化，改善胶原基质重塑，降低瘢痕形成风险。该研究发表在《Advanced Science》上，表明MSWZ为个性化伤口管理提供了快速、稳健、可编程的多轴机械闭合策略，具有重要临床转化潜力。
**关键技术方法**
研究者采用以下主要技术方法（忽略试剂和具体培养、质粒构建步骤）：（1）基于镍钛形状记忆合金（Ni-Ti SMA）的机械超材料设计，包括层级蜂窝晶格（HHL）的有限元分析（FEA）优化；（2）电热驱动机制，通过PI/Cu蛇形导电层实现低电压（≤0.7 V）快速响应；（3）集成柔性微控制单元（MCU）与低功耗蓝牙（BLE）模块，实现智能手机App实时可编程控制；（4）动物模型验证：采用Sprague-Dawley（SD）大鼠（购自成都达硕实验动物有限公司），建立线性伤口、圆形伤口以及临床常见的梭形和椭圆形伤口模型；（5）组织学评估：包括HE染色、Masson染色、免疫组化（IHC）和免疫荧光（IF）染色，分析再上皮化、胶原体积分数、血管密度及相关信号分子表达。
**研究结果**
**2.1 MSWZ的设计与治疗原理**
MSWZ基于Ni-Ti SMA机械超材料，采用层级蜂窝晶格（HHL）结构，可通过六轴（间隔60°）预拉伸适配不同形态伤口。装置集成MCU与BLE，患者可通过手机App精准设置和动态调节收缩强度。MSWZ具有高拉伸性、超弹性和柔性，在拉伸、扭曲、弯曲后恢复初始形态。
**2.2 MSWZ的结构优化与性能表征**
通过FEA和力学测试优化HHL参数：弧角θHHL=180°时应力最大（2.83 MPa），断裂应变达102.41%；横杆LHHL=0.72 mm时，各方向残余伸长均满足治疗需求（线性2.02、三角形1.85、矩形1.79、圆形1.67）。HHL表现出良好的力学各向同性（三方向应力-应变曲线重叠率97.8%）。电热耦合测试显示，在0.7 V电压下，HHL在1.73秒内完成电机械收缩，并能提升100 g重物（约自身质量500倍）。收缩力随电压线性可调（R2>0.96）。循环拉伸测试（1000次，应变5%–15%）在干燥和人工汗液环境下均证明MSWZ的机械鲁棒性。
**2.3 MSWZ的实际应用演示**
集成柔性MCU的MSWZ在腕关节90°弯曲下仍贴合皮肤，在前臂上保持无缝贴合。通过手机App可递增控制收缩。在大鼠游离皮肤伤口上，MSWZ对线性、三角形、矩形和圆形伤口分别实现0–100%、0–84.85%、0–81.99%、0–87.4%的闭合率。
**2.4 MSWZ的生物相容性验证**
体外：L929成纤维细胞与MSWZ浸提液共培养3天，细胞形态和增殖活力与对照组无显著差异。体内：SD大鼠皮肤刺激实验无红肿、水疱；皮下植入2周后，血生化指标（心肌酶、血常规、肝功能、肾功能、免疫指标）和主要器官HE染色均无异常。旷场实验（OFT）表明佩戴MSWZ不引起疼痛或应激行为。
**2.5 MSWZ修复大鼠线性伤口的验证**
在SD大鼠背部10 mm线性伤口模型中，预拉伸λ=1.2或1.3的MSWZ组（GL2、GL3）在第1天实现近乎完全闭合，愈合速度（约4秒）显著快于缝合法（约2分47秒）。第5天，GL3和GL2组伤口不明显，再上皮化率（91.46%、88.90%）显著高于缝合组（75.47%），伤口宽度更窄，表皮更厚，胶原体积分数（78.71%、72.92%）显著更高。
**2.6 MSWZ修复大鼠圆形伤口的验证**
在10 mm直径圆形皮肤缺损模型中，预拉伸λ=1.3或1.2的MSWZ组（GC3、GC2）在第8天愈合率分别为95.07%、88.11%，显著高于对照组（GC0为69.95%）。LSCI显示GC3组血流灌注较GC0组升高81.53%。HE和Masson染色表明GC3和GC2组再上皮化率（85.09%、84.02%）、伤口宽度、表皮厚度和胶原体积分数（78.74%、75.34%）均显著优于GC1和GC0组。
**2.7 MSWZ修复临床伤口形态的验证**
在SD大鼠背部模拟临床常见的梭形伤口（15 mm×9 mm）和椭圆形伤口（15 mm×12 mm）。MSWZ治疗组在14天内伤口闭合率分别达97.25%和94.02%，显著高于空白对照组的79.20%和70.66%，并能防止因皮肤张力导致的伤口扩大。
**2.8 MSWZ促进伤口修复的机制**
IHC显示，GC3和GC2组表皮层角蛋白19（CK19）表达强且规则，Ki-67阳性细胞密度（755、714 cells/mm2）显著高于GC1和GC0组，表明MSWZ促进角质形成细胞增殖迁移。CD31染色显示微血管密度在GC3和GC2组（283、257/mm2）显著更高。IF显示HIF-1α和VEGFA荧光信号在GC3和GC2组增强，且Yes相关蛋白（YAP）在核区和Vimentin阳性间质区积累增加，提示机械收缩激活了机械敏感通路。Col I/Col III比值在GC3和GC2组（2.94、2.76）显著低于GC1和GC0组（7.97、8.26），接近生理愈合。α-SMA表达在GC3和GC2组降低，表明机械收缩减轻了边缘张力，抑制了肌成纤维细胞过度活化。
**2.9 MSWZ的性能比较与潜在功能扩展**
与已报道的伤口闭合敷料系统相比，MSWZ在响应时间、可编程收缩、形态适应性、可重复使用性方面具有优势。通过集成可拉伸Mo电极和抗菌水凝胶涂层，MSWZ可进一步实现电-机械协同干预或抗感染功能扩展。
**总结讨论与结论**
研究人员在结论中总结：MSWZ将Ni-Ti SMA基机械超材料与可拉伸电子电路集成，在低驱动电压（≤0.7 V）下实现数秒内的快速驱动响应。结构设计允许沿六个均匀分布方向进行多轴拉伸，使装置适应不同形态和大小的伤口。通过柔性MCU接口，MSWZ提供可调的机械收缩力——线性、三角形、矩形和圆形伤口分别为0–0.494、0–0.274、0–0.298和0–0.243 MPa——并实现相应的伤口闭合率0–100%、0–84.85%、0–81.99%和0–87.4%。在动物模型中，MSWZ实现了线性伤口的瞬时闭合，并将圆形伤口愈合率提高35.91%。在临床病例中常见的两种典型伤口形态（梭形和椭圆形伤口）中，MSWZ也表现出有效的机械保护和加速伤口愈合。机制上，该装置通过稳定HIF-1α并上调VEGFA增强血管再生和再上皮化；同时通过降低伤口边缘张力减少肌成纤维细胞过度活化来调节基质重塑，从而改善组织组织并降低瘢痕风险。综上所述，这些发现表明MSWZ能够提供快速、稳健且可编程的多轴机械收缩，适用于多种伤口类型的个性化管理。其皮肤共形性和良好的安全性进一步支持其未来临床转化的潜力。
