本文精選

創(chuàng)面愈合始終是醫(yī)學領(lǐng)域中備受關(guān)注且極富挑戰(zhàn)性的問題，因此亟需創(chuàng)新方法來加速這一過程。為此，本研究設(shè)計了一種具有雙面結(jié)構(gòu)且柔性的摩擦納米發(fā)電機（TENG），利用其將機械振動轉(zhuǎn)換為脈沖電刺激，并通過一款兼具生物相容性與抗菌性的皮膚貼片施加在創(chuàng)面部位。該皮膚貼片的基體由殼聚糖（chitosan）、聚乙烯醇（polyvinyl alcohol）和氧化鋅納米顆粒（ZnO NPs）組成。所制備的TENG平均開路輸出電壓達57?±?5?V，平均短路輸出電流約為2.2?±?0.3?μA。體外抗菌活性檢測顯示，當水凝膠中ZnO NPs濃度升高時，抗菌能力增強，但細胞存活率隨之下降。結(jié)合這些結(jié)果，最終選定了0.4?%（W/V）的ZnO NPs濃度作為在TENG上應(yīng)用的皮膚貼片最佳配方。在大鼠實驗中，與快速電刺激相比，緩慢的電刺激更有效地促進了創(chuàng)面愈合，組織學分析進一步證實了這一結(jié)論。整體結(jié)果說明，將TENG所提供的電刺激與具有生物相容性和防護功能的水凝膠貼片結(jié)合，足以保護創(chuàng)面免受病原體侵害并加速創(chuàng)面愈合過程。

創(chuàng)新點

1. 該TENG設(shè)備能將機械沖擊轉(zhuǎn)化為電刺激，雙面設(shè)計確保了穩(wěn)定的電輸出，適用于不同范圍的創(chuàng)面治療。

2. 殼聚糖、聚乙烯醇和ZnO納米顆粒的水凝膠貼片具有良好的生物相容性和抗菌性，能夠安全地將電刺激傳遞至創(chuàng)面，促進愈合。

3. 研究發(fā)現(xiàn)，0.4%的ZnO納米顆粒濃度是最佳選擇，能在保持抗菌效果的同時，最小化對細胞的損害。

4. 這種TENG具有柔韌性和粘附性，便于日常使用，并允許調(diào)整機械刺激強度以適應(yīng)個性化治療需求。

對科研工作的啟發(fā)

1. 此種雙面柔性摩擦納米發(fā)電機設(shè)計與抗菌水凝膠結(jié)合的思路，揭示了將可穿戴電子設(shè)備與生物醫(yī)學材料相互融合的潛在價值。

2. 電刺激頻率與強度對組織修復(fù)過程的影響值得深入研究，不同類型組織與不同愈合階段之間的響應(yīng)機制或有差異。

3. 此外，如何在保持細胞活力與增強抗菌效應(yīng)之間取得最佳平衡，也為后續(xù)納米顆粒與水凝膠材料的比例與結(jié)構(gòu)設(shè)計留下了提升空間。

4. 這一研究還證明了在創(chuàng)面愈合領(lǐng)域中力學能量與電信號同步施加的重要意義，對其他具有類似修復(fù)需求的軟組織器官也具有可借鑒的意義。

思路延伸

1. 通過開發(fā)具有可調(diào)節(jié)脈沖強度與頻率的摩擦納米發(fā)電機，使其能夠適配不同個體的傷口愈合速度與生理特征，達到更加精準的個性化干預(yù)。

2. 在水凝膠中引入更多生物活性分子，如生長因子、抗氧化劑或抗炎成分，借助TENG輸出的電刺激，進一步放大這些添加劑在修復(fù)過程中的作用。

3. 將傳感器與此類皮膚貼結(jié)合，實現(xiàn)對創(chuàng)面愈合過程的實時監(jiān)測，并通過反饋機制自動調(diào)整電刺激參數(shù)，從而構(gòu)建“監(jiān)測-治療-監(jiān)測”的自適應(yīng)療法。

4. 針對不同身體部位或不同運動頻度場景，優(yōu)化摩擦納米發(fā)電機的結(jié)構(gòu)，使其既能保證相對穩(wěn)定的輸出，也能適應(yīng)多角度、多頻率的機械輸入。

5. 通過簡化制備工藝并提升材料可及性，推動此類雙面柔性TENG敷料在醫(yī)療機構(gòu)或家庭護理中的應(yīng)用，實現(xiàn)批量化與低成本，為廣泛臨床使用奠定基礎(chǔ)。

Dual-sided and flexible triboelectric nanogenerator-based hydrogel skin patch for promoting wound healing

Nano Energy (IF 15.8)
Pub Date : 2024-12-11
DOI : 10.1016/j.nanoen.2024.110558

Moein Ziyazadeh, Mohaddeseh Vafaiee, Raheleh Mohammadpour, Hamide Ehtesabi

來源：生物納米材料前沿