东华大学朱美芳院士团队:通过静电纺丝技术转移皮肤纹理来调整伤口敷料的形态

  • 发布时间:2025.06.26
  • 作者:wemaxnano

引言:皮肤作为人体抵御外界环境的天然屏障,易受物理、化学、生物及机械等因素损伤[1]。尽管伤口愈合治疗已从传统疗法发展至多功能敷料与组织工程替代物,且生物材料的表面结构、形貌及机械性能被证实显著影响细胞行为与细胞外基质重塑,仿生结构在组织工程中的应用也成为研究热点,但皮肤独特的纹理特征在相关研究中常被忽视。而静电纺丝工艺能够制备出纳米级直径的互联纳米纤维网络,其结构与天然 ECM 高度相似,因此被广泛用于制备伤口敷料[2,3] 。此外,静电纺丝技术的收集基底会影响纳米纤维膜的性能[4]。研究表明,通过使用不同形式和排列的改良收集器,以及借助外部电场和磁场,可将纳米纤维收集为取向排列的结构[5]。与无规取向的纳米纤维相比,取向纳米纤维能够为细胞提供接触引导[6,7]。因此,通过简单收集工艺制备的具有微图案表面结构的静电纺丝纳米纤维膜,在生物领域具有显著优势。因此,采用静电纺丝制备仿生纳米纤维结构,并利用收集基底调控纳米纤维膜性能,为模拟皮肤纹理、优化伤口敷料提供了可行路径。

近日,东华大学材料科学与工程学院朱美芳院士带领的团队等人在《Colloid and Interface Science Communications》期刊发布了题为“Adjusting morphologies of wound dressing by transferring skin textures through electrospinning technology”(通过静电纺丝技术转移皮肤纹理来调整伤口敷料的形态)的最新研究成果。该团队通过静电纺丝技术将皮肤纹理转移到聚乳酸和明胶纳米纤维膜上,成功制备出仿生伤口敷料。这一成果为伤口敷料的表面形貌和机械性能对细胞行为和组织再生过程的影响提供了新的视角,为开发更接近自然皮肤的先进伤口敷料提供了重要参考。

 

静电纺转移皮肤纹理及形貌表征

众所周知,皮肤具有独特的纹理,但在伤口敷料的制备中常常被忽视。而伤口敷料的表面形貌和机械性却能显著影响细胞行为和组织再生过程。因此,团队通过静电纺丝技术转移皮肤的表面纹理,制备了仿生伤口敷料。具体而言,将猪皮的顶面和底面作为收集基地,使收集的聚乳酸和明胶(PLLA/GL)组成的静电纺丝纳米纤维具有皮肤纹理。与通过铝箔(Al)基底收集的光滑纳米纤维膜相比,基于皮肤的纳米纤维膜表面明显更粗糙(R=1273nm,Rq=1549nm),呈现出分散的小孔(约 50μm)。不过基于皮肤的纳米纤维膜的拉伸强度低于铝箔收集的,但其透气性更高(190.67mm/s)。

纳米纤维静电纺丝机制备及不同基底的静电纺丝纳米纤维膜的形貌1
图1:制备及不同基底的静电纺丝纳米纤维膜的形貌。a.不同基底的静电纺丝纳米纤维膜的示意图。b.以Al为收集基底的纳米纤维膜的光学照片。c.以skin-top为收集基底的纳米纤维膜的光学照片。d.以skin-bottom为收集基底的纳米纤维膜的光学照片。e.以Al为收集基底的纳米纤维的光学显微镜图像。f.以skin-top为收集基底的纳米纤维的光学显微镜图像。g.以skin-bottom为收集基底的纳米纤维的光学显微镜图像。
 
纳米纤维静电纺丝机不同基底的静电纺丝纳米纤维膜的形貌表征2
图2:不同基底的静电纺丝纳米纤维膜的形貌表征。a.以Al为收集基底的纳米纤维膜的扫描电子显微镜图像。b.以skin-top为收集基底的纳米纤维膜的扫描电子显微镜图像。c.以skin-bottom为收集基底的纳米纤维膜的扫描电子显微镜图像。d.以Al为收集基底的纳米纤维膜的原子力显微镜图像。e.以skin-top为收集基底的纳米纤维膜的原子力显微镜图像。f.以skin-bottom为收集基底的纳米纤维膜的原子力显微镜图像。g.以Al为收集基底的纳米纤维膜的水接触角。h.以skin-top为收集基底的纳米纤维膜的水接触角。i.以skin-bottom为收集基底的纳米纤维膜的水接触角。
 
纳米纤维静电纺丝机静电纺丝纳米纤维伤口敷料的表征
图3:静电纺丝纳米纤维伤口敷料的表征。a.不同基底的静电纺丝纳米纤维膜的傅里叶变换红外光谱。b.a的高亮区域,以便更清晰地显示。c.不同基底的静电纺丝纳米纤维伤口敷料的水蒸气透过率。d.不同基底的静电纺丝纳米纤维伤口敷料的透气性。e.不同基底的静电纺丝纳米纤维伤口敷料的拉伸应力 - 应变曲线。f.不同基底的静电纺丝纳米纤维伤口敷料的拉伸强度。

 

基于皮肤的伤口敷料的愈合效果

材料制备成功后,团队通过动物实验,有力地证实了基于皮肤(skin-top)的伤口敷料在促进伤口愈合方面的卓越性能。在实验中,研究人员观察到,使用基于 skin-top 的伤口敷料的实验组,其伤口愈合速度明显快于其他对照组。组织学分析结果表明,该敷料能显著增强上皮形成,这可从图 4中清晰看出,实验组伤口处的上皮层明显更厚且更完整,新生成的上皮细胞排列紧密有序,有效加速了伤口表面的覆盖与封闭 。同时,在胶原沉积方面,基于 skin-top 的伤口敷料同样表现出色。从图 5可以看到,该组伤口部位的胶原纤维沉积量显著增加,且排列更为规则,Ⅰ 型和 Ⅲ 型胶原蛋白的表达水平明显上调,这对于增强伤口愈合后的组织强度、减少疤痕形成具有重要意义。

纳米纤维静电纺丝机静电纺丝纳米纤维伤口敷料的体内伤口愈合评估5
图4:静电纺丝纳米纤维伤口敷料的体内伤口愈合评估。a.不同基底的静电纺丝纳米纤维伤口敷料在0、3、7和14天的代表性伤口图像。b.不同基底的静电纺丝纳米纤维伤口敷料在0、3、7和14天的愈合过程示意图。c.不同基底的静电纺丝纳米纤维伤口敷料在0、3、7和14天的愈合率量化。

 

纳米纤维静电纺丝机不同基底的静电纺丝纳米纤维伤口敷料治疗6
图5:不同基底的静电纺丝纳米纤维伤口敷料治疗的苏木精 - 伊红(H&E)染色。Ep:表皮,D:真皮,Kr:角质层已在图像上标记,红色箭头:血管,黄色箭头:毛囊。(对于此图例中对颜色的引用,读者可参考原文的网络版本。)
 

综上所述,本研究通过静电纺丝技术将皮肤纹理转移到 PLLA/GL 纳米纤维膜上,制备了伤口敷料,且该敷料经过实验验证,在促进伤口愈合过程中表现出良好性能,这可能是因为模拟了毛孔结构。这些发现突出了皮肤纹理对伤口愈合的积极影响。此外,该研究为将皮肤纹理转移到伤口敷料上提供了一种可行的策略。这些发现凸显了开发更好地模拟天然皮肤的先进可定制伤口敷料的潜力。然而,必须解决材料可扩展性、制造成本和长期稳定性等挑战。未来的研究应侧重于优化这些方面,并将水凝胶与其他治疗剂结合,以提高临床疗效和商业潜力。

 


文献来源:https://doi.org/10.1016/j.colcom.2025.100019


引用来源:
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A self-powered multifunctional dressing for active infection preventionand accelerated wound healing
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