DOI:10.1007/s12274-020-2891-9
傷口管理是皮膚傷口愈合的關鍵措施，對于保持皮膚完整性及其功能具有重要意義。在傷口部位的電刺激是皮膚傷口修復的一個引人注目的策略。然而，目前迫切需要具有可與傷口組織相當的自粘性和機械性能的可穿戴即時護理電刺激設備。在此，研究者開發了一種具有自粘性水凝膠和壓電納米發電機（HPSP）的生物啟發型混合貼劑，用于促進皮膚傷口愈合，它由貽貝啟發的水凝膠基質和基于定向電紡聚偏氟乙烯納米纖維的壓電納米發電機組成。該裝置具有優化的模量和滲透性，適合于皮膚穿戴，可以自粘于傷口部位，并局部產生由運動引起的動態電壓。研究顯示，HPSP不僅可以促進成纖維細胞在體外的增殖和遷移，而且還可以通過增加關鍵生長因子的表達，有效地促進體內膠原蛋白的沉積、血管生成和再上皮形成。HPSP將全層皮膚缺損的傷口閉合時間縮短了約1/3，從而大大加快了愈合過程。該貼劑可用作可穿戴式實時電刺激設備，在皮膚傷口愈合的臨床應用中具有潛在的應用價值。
圖1.示意圖顯示了受生物啟發的HPSP的制備，該HPSP由PDA-PAAm水凝膠自粘性基質和基于定向PVDF納米纖維墊的PENG組成。
圖2.PDA-PAAm水凝膠的表征。（a）水凝膠在人體皮膚上的粘附和去除。（b）水凝膠的流變性。G’和G’’分別表示儲能模量和損耗模量。（c）水凝膠的機械性能：左圖為拉伸性能；中間的圖，在不同表面上的粘附曲線；右圖，豬皮膚上的剝離力-延伸曲線。（c）中的插圖：兩片新鮮豬皮之間剝離測試的照片。（d）水凝膠的SEM圖像。（e）水凝膠的水蒸氣滲透性。
圖3.（a）不同PVDF材料的XRD圖譜和（b）FTIR光譜。圖例中從左到右的每個項目分別代表PVDF材料的形態、納米纖維取向、納米纖維直徑、熱處理和納米纖維墊的厚度。?和?分別代表PVDF的α和β晶相。（c）無規（無纖維間連接結構）和（d）定向（纖維間連接結構）PVDF納米纖維膜的SEM圖像。
圖4.PENG輸出性能的優化。（a）具有不同納米纖維取向和直徑（從左到右）的PVDF墊的SEM圖像：定向，546±105 nm；定向，802±76 nm；定向，1174±92 nm；隨機，833±85 nm（插圖為較低放大倍數的對應視圖。插圖中的比例尺為10μm）。（b）不同溫度處理的PENG的輸出電壓（1）、納米纖維取向（2）、納米纖維墊厚度（3）、納米纖維直徑（4）和納米纖維墊尺寸（5），插圖（5）：不同尺寸的PVDF墊基PENG的照片；優化的PENG的輸出電流（6，PVDF墊尺寸=1 cm×1 cm×100μm，納米纖維直徑約500 nm，輸出電壓約0.85 V）。
圖5.通過壓電刺激NIH-3T3成纖維細胞的體外細胞行為。（a）PDA-PAAm水凝膠的細胞毒性（n=3）。（b）NIH-3T3成纖維細胞在穩定（使用或不使用PVDF納米纖維墊的對照組和實驗組分別標記為對照（S）和PVDF（S））和振動（使用或不使用PVDF納米纖維墊的對照組和實驗組分別標記為對照（V）和PVDF（V））組織培養板中培養3天內的細胞增殖（n=3，*p<0.05）。（c）在20和30 h，對照組（V）和PVDF（V）組中NIH-3T3細胞遷移的統計數據（n=8，*p<0.05和***p<0.001）。（d）在0、20和30 h，對照組（V）和PVDF（V）組中NIH-3T3成纖維細胞的劃痕區域。比例尺為100μm。
圖6.HPSP的體內應用可加快皮膚傷口的愈合。（a）附著在小鼠全傷口皮膚上的HPSP的數字圖像（左）和HPSP促進傷口快速愈合的可能機制（右）。（b）由鼠標生物力學運動驅動的HPSP輸出電壓。（c）在不同處理后0、2、4、6、8和10天傷口皮膚的代表性照片，比例尺為5 mm。（d）傷口面積的量化（n=3，**p<0.01）。
圖7.（a）第10天，不同治療組傷口部位組織切片的H＆E染色和（b）Masson三色染色（黑色箭頭：傷口部位；橙色箭頭：炎性細胞；綠色箭頭：新血管；紅色箭頭：新的膠原蛋白纖維）。右側圖中的比例尺可以應用于同一行中的其他圖像。
圖8.（a）第6天不同治療組傷口部位表達的CD31、VEGF-A和TGF-β1的免疫組織化學染色圖像（比例尺適用于其他圖像）以及（b）統計分析（n=3，*p<0.01，**p<0.01和***p<0.001）。
圖9.第15天（n=3）三組小鼠的血液學和血液生化分析。WBC，白細胞；NEUT，中性粒細胞；Lymph，淋巴細胞；Mon，單核細胞；Gran，中性粒細胞比例；RBC，紅細胞；HGB，血紅蛋白；MCHC，平均紅細胞血紅蛋白濃度；PLT，血小板；ALT，丙氨酸轉移酶；AST，天冬氨酸轉移酶；BUN，血尿素氮；CREA，肌酐。
