引言

重度渗液创面（如烧烫伤、细菌感染伤口、糖尿病足等）在临床上发病率高且难以处理。这类伤口往往愈合周期长，不仅给患者带来巨大的经济负担，也给患者造成一定的心理压力。大量渗出物的积聚以及不利的伤口微环境是影响愈合的两个主要因素。伤口床上的过多渗出物会浸渍周围皮肤，导致伤口面积扩大。伤口渗出液中促炎细胞因子（如TNF-α、IL-6和IL-1β）以及基质金属蛋白酶-9的过度表达均会对伤口闭合产生负面影响。此外，不利的微环境也会对伤口愈合产生影响。因此，设计一种既能高效引流大量渗出液，又能递送活性成分干预不利微环境的新型敷料至关重要。

在大量渗出液管理方面：临床上常用的多孔亲水敷料，如藻酸盐敷料、亲水纤维敷料和泡沫敷料等，其本质是通过内部的毛细孔来引导渗出液传输。然而，这些敷料内部的孔结构各向同性，从而导致渗出液随机传输。在充分吸收渗出液后，由于重力作用，吸收的过量渗出液会再次反向传输到敷料底部，导致渗出液在伤口床上再次聚集。近年来，结合疏水纳米纤维薄层和亲水层的Janus双层敷料在引导液体垂直传输方面取得了重要进展，但其只能应对少量渗出液。在传输大量渗出液后，大量液体会因重力作用穿透疏水薄层并反向回渗到伤口床。因此，需要对Janus双层敷料的亲水层结构进行重新设计，使其具有“渗液单次垂直传输+渗液单次垂直传输”——即渗液两次长距离垂直传输性能，这有利于大量渗液远离创面。

在活性成分递送方面：目前报道的水凝胶、微针以及多孔亲水敷料虽能装载并递送活性成分，然而创面床聚集的大量渗液会造成活性成分突释。前面提及的Janus双层敷料不仅能够负载和递送活性成分，还能定向传输渗液，可避免药物突释。然而，活性成分的递送往往依赖于底层的疏水层，这意味着释放的活性成分会随渗出液一同向上传输至上层亲水层，难以高效到达伤口床。因此，需要对Janus双层敷料的疏水层结构也进行重新设计，使其具有两个功能微区：一个微区用于大量渗液单向垂直正向传输，另一个微区用于活性成分反向递送。

近期，西北大学宋波涛教授、国科温州研究院常江研究员和杨晨研究员团队在《Biomaterials》发表了最新文章，“Bioinspired nanofiber dressings with counter-transport of exudate and drug for treating heavily exuding wounds”提出了一种受章鱼吸盘和树干结构启发的双仿生敷料（bioinspired OS&TT dressing），为这一难题提供了创新性的解决方案。该敷料由下层类章鱼吸盘凹凸阵列结构的纳米纤维膜和上层类树干垂直定向孔结构的纳米纤维海绵组成，其具有独特的两次垂直长距离正向传输能力，能够有效引流大量渗出液，并实现了活性成分向创面的高效反向递送，从而显著促进伤口愈合，有效解决了传统敷料在处理重度渗出性伤口时面临的大量渗出液聚集和药物递送效率低的矛盾问题。

创新亮点

1. 独特且协同作用的双仿生结构设计：

1.1 下层仿章鱼吸盘（OS-like）纳米纤维膜：借鉴章鱼吸盘的凹凸阵列结构。

1.1.1 凹腔结构：负责引导渗出液向上进行第一次垂直传输。凹腔中疏水纤维层与亲水TT层结合，形成浸润性梯度，促使渗出液自发泵送至亲水TT层。本研究通过调节凹腔结构，液体导离速度高达171.50 μL·s⁻¹，远超现有的Janus双层敷料。

1.1.2 凸起结构：直接接触伤口床，负责活性成分的反向递送。凸起结构将大量渗出液分隔开，使得药物可以不受渗出液传输的影响，反向递送至伤口床。实验证明，仿生OS膜的药物递送效率高达85.84%，远高于对照组（63.97%），并且随着凸起区域面积的增加，药物递送效率也随之提高，最高可达88.27%。

1.2 上层仿树干（TT-like）纳米纤维海绵：借鉴树干垂直定向孔结构，实现第二次垂直传输，确保渗出液的长距离传输。这种垂直定向孔具有高度取向性，且孔径大小可通过冷冻工艺精确调控，实现了液体的垂直快速传输。

2. 实现渗出液“两次垂直正向传输”和“活性成分反向递送”的协同效应：

2.1两次垂直正向传输：OS膜的单向导液能力与TT海绵的垂直泵送能力相结合，形成了独特的“两次垂直正向传输”特性，使得敷料能够有效抽吸大量积聚的渗出液，防止渗液反渗，显著缓解组织水肿，并减少渗出液中促炎细胞因子的含量（如TNF-α、IL-6、IL-1β）。

2.2 活性成分反向递送：凸起结构负责活性成分反向递送，凹腔结构负责渗出液引流，两者功能分离，互不干扰，从而实现了活性成分的高效反向递送。

3.精细的制备工艺和可控的结构调控：

3.1 仿生OS膜的制备：采用圆形孔模板辅助静电纺丝技术，成功制备出具有可控凹腔密度和可调凹腔直径的3D凹凸阵列结构。通过PCL（聚己内酯）等聚合物的系统筛选，PCL因其优异的机械性能被选中。深入揭示了凹凸结构形成的各向异性纳米纤维沉积机制，即带电纳米纤维受库仑力作用更倾向于沉积在模板的导电区域（形成凸起结构），而在非导电的圆形孔区域沉积较少（形成凹腔结构）。

3.2 仿生TT海绵的制备：结合静电纺丝和定向冷冻干燥方法制备。首先制备CS（壳聚糖）纳米纤维膜，经高速均质化和水碎裂处理后得到分散液，再与PVA（聚乙烯醇）混合后在特定冷源（-30至-110 °C）上进行快速冷冻，最后冷冻干燥并热交联、戊二醛蒸汽交联以增强结构稳定性。通过控制冷冻温度，实现了垂直定向孔孔径（12.5-38.2 μm）的精确调控。

3.3 双层敷料的组装：利用PCL纳米纤维“绳索”对OS膜和TT海绵进行紧密缠绕，实现了两层结构的牢固结合，且不影响敷料性能。

4. 机制的深入阐释与仿真模拟验证：

4.1 通过对仿生OS膜凹腔和纳米纤维区域进行受力分析（杨-拉普拉斯方程、拉普拉斯压力、粘附张力、湿润力等），详细解释了液体单向传输和防止反渗的机制。

4.2 利用COMSOL软件进行仿真模拟，直观展示了双仿生OS&TT敷料中液体先通过凹腔微区进入TT层，再在TT层中的垂直定向孔中垂直传输，最终实现两次垂直抽吸的过程，仿真模拟揭示了微负压是其优越性能的关键。

5.全面的体内外生物学评估，效果显著：

5.1体外细胞相容性：仿生OS&TT敷料对人真皮成纤维细胞（HDF）表现出低细胞毒性，ε-PL（抗菌剂）及其负载的敷料也表现出良好的生物相容性。

5.2体外抗菌活性：提出了改进的抑菌圈方法，模拟渗出液过多的环境，结果显示双仿生OS&TT敷料在模拟重度渗出伤口环境下对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌具有最强的广谱抗菌活性，其抑菌宽度是传统敷料的数倍。

5.3体内烧伤伤口愈合：在深二度烧伤小鼠模型中，仿生OS&TT敷料能显著减小伤口面积，有效缓解组织水肿，并降低促炎细胞因子（TNF-α, IL-6, IL-1β）含量，促进炎症消退，加速伤口愈合。组织学分析显示，OS&TT组胶原沉积密度最高，且炎症细胞数量显著减少。

5.4体内细菌感染伤口愈合：在细菌感染小鼠模型中，仿生OS&TT敷料有效控制了细菌感染，显示出卓越的抗菌效果（3天后伤口无细菌菌落），显著促进伤口愈合（13天伤口闭合率达87.60%），并促进了胶原蛋白的沉积和新发毛囊的形成。

这些创新点共同构成了这种双仿生敷料的核心竞争力，使其在重度渗出性伤口的处理上展现出一定的应用潜力。

 图文解析

 图1：双仿生敷料的设计思路及原理图

 图2：通过圆孔模板辅助静电纺丝，成功制备出凹凸结构可控的仿章鱼吸盘膜

 图3：仿章鱼吸盘膜在猪皮缺损模型上的正向导液与反向递送药物

 图4：仿树干纳米纤维海绵的制备与结构表征

 图5：仿树干海绵的垂直导液性能

 图6：双仿生OS&TT敷料在模拟“水肿组织”条件下，导液高度达2cm，显著优于单层TT海绵，反向递药效率达88.27%

 图7：体外生物相容性和抗菌性能

 图8：双仿生OS&TT敷料的两次垂直导液功能对深Ⅱ度烧伤愈合的作用效果

 图9：双仿生OS&TT敷料的抗菌剂反向递送功能对感染创面愈合的作用效果

总结与建议

本研究成功构建了一种新型的双仿生（OS&TT）敷料，其设计灵感来源于自然界中的动物和植物。该敷料集成了凹腔结构和垂直定向孔结构，赋予其两次垂直抽吸能力，能够有效引流大量积聚的渗出液。同时，敷料的凸起结构实现了独特的药物反向递送，药物递送效率超过88.27%。

得益于这种特殊的两次长距离垂直抽吸性能，双仿生敷料通过缓解组织水肿和减少促炎因子含量，显著促进了重度渗出性伤口（如深二度烧伤）的愈合。此外，凭借其高效的药物反向递送性能，该敷料能有效抑制伤口细菌，进而促进细菌感染伤口的愈合。本研究提出的双仿生策略为敷料设计提供了一个新概念，实现了渗出液正向抽吸与药物反向递送的独特对向传输，这使得该仿生敷料在重度渗出性伤口、窦道和出血性伤口治疗方面展现出一定潜力。

面向静电纺丝行业、高校科研单位以及企业研发部门的专家学者，以下是一些建议和展望：

1、深入研究不同伤口类型的适用性与个性化药物递送：

▪ 论文指出，不同类型的渗出性伤口可能需要不同的药物释放曲线。对于感染性渗出伤口，抗菌剂的快速释放可能更为合适；而对于伴有血管病变的糖尿病渗出伤口，血管生成剂的持续释放可能更有效。未来的研究可以进一步探索如何通过调整敷料材料组分、结构或药物载体，实现针对特定伤口病理生理状态的个性化药物释放动力学。

▪ 除了细菌感染，重度渗出性伤口还可能伴随长期炎症、血管损伤等不利微环境。未来的研究可尝试将抗炎药物或促血管生成剂加载到敷料中，以干预这些特定的微环境，进一步提升愈合效果。

2、推动临床转化与大规模生产：

▪ 临床前研究深化：尽管本研究在老鼠模型中取得了一定效果，但小鼠皮肤与人类皮肤在复杂性上存在差异。建议按照论文中提及的计划，开发猪伤口模型进行进一步评估，因为猪的生理和解剖特征与人类更为相似，这将为后续临床试验提供更可靠的数据支持。

▪ 工业化生产可行性：论文强调了静电纺丝（如无针静电纺丝技术和多针静电纺丝技术）和冷冻干燥技术在工业规模生产纳米纤维膜和商业海绵中的应用潜力。这为仿生OS&TT敷料的大规模生产提供了技术基础。然而，从实验室规模到工业规模生产仍面临挑战，主要是如何在大面积范围内实现仿生结构（OS结构和TT定向孔结构）的均匀性。科研单位和企业应投入资源，通过精确控制生产参数，确保大规模生产中结构的一致性和性能的稳定性。

3、材料与结构优化：

▪ 尽管PCL和CS已表现出良好的性能，但可以探索其他生物相容性、生物可降解性聚合物或复合材料，以进一步提升敷料的机械强度、柔韧性或降解速率，使其更适应复杂伤口环境和长时间敷贴需求。

▪ 对于凹凸阵列和垂直定向孔结构，除了尺寸和密度，还可以研究其形态、排列方式对液体导离和药物释放效率的更细致影响，例如引入仿生微流控通道等。

通过上述的深入研究和技术转化，这款新型双仿生敷料有望在未来为重度渗出性伤口患者带来更有效的治疗方案，并在医疗敷料领域开辟新的方向。

文章来源：https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2025.123115

人物简介

宋波涛，专注于仿生结构医用纤维材料研究。承担国家自然科学基金、陕西省重点研发计划、陕西省自然科学基金等项目。以第一/通讯作者身份在Biomaterials、Nano Today、Small等杂志发表SCI论文40余篇。担任中国生物材料学会生物陶瓷分会委员、中国医药生物技术协会3D打印技术分会委员。担任期刊《Chinese Chemical Letters》和《无机材料学报》青年编委。