一直以来，糖尿病患者的伤口难愈合问题，是该领域公认的技术挑战之一。
患者伤口会不断地产生组织渗出液，而且高糖成分容易繁殖大量微生物造成细菌感染，引起氧化应激反应等。情况严重时，还面临组织坏死、截肢的风险，甚至直接威胁患者的生命。
那么，是否可以通过科学的方法，实现糖尿病患者伤口的有效管理呢？
中国科学院化学研究所张军研究员/田卫国副研究员团队与国家纳米中心孙斐斐合作研发了一种纤维素基无纺布多功能敷料。不仅具有抗菌/抗氧化性、能快速单向导出组织渗出液，还可以通过对 pH 的动态响应，借助智能手机实时可视化监测伤口愈合状态。
另一方面，普通伤口敷料如纱布在使用一段时间后，从伤口揭下来时容易造成伤口的二次创伤。
而该无纺布敷料具有非粘性的特点，避免了护理伤口过程中可能带来的二次创伤。根据体内外实验、组织病理及免疫荧光分析和组织病理学研究结果，该无纺布敷料在促愈合率、胶原沉积和血管生成方面均优于市售纱布。
图丨相关论文（来源：Advanced Functional Materials）
近日，相关论文以《基于纤维素的 pH 响应型 Janus 敷料具有单向排湿功能，用于糖尿病渗出液管理和伤口愈合》（Cellulose-Based pH-Responsive Janus Dressing with Unidirectional Moisture Drainage for Exudate Management and Diabetic Wounds Healing）为题发表在 Advanced Functional Materials 上[1]。
中国科学院化学研究所博士研究生许展为论文第一作者，田卫国副研究员、国家纳米中心孙斐斐助理研究员为论文共同通讯作者。
图丨张军（左）与田卫国（来源：田卫国）
张军课题组致力于纤维素研究近 20 年。纤维素是自然界最丰富的天然高分子，每年光合作用新产生纤维素高达千亿吨，如何将纤维素转化为功能性材料并应用于社会生产与日常生活是团队成员共同努力的方向。
具体的研究方向包括纤维素的溶解与加工新方法、纤维素的均相衍生化、新型功能化纤维素材料、再生纤维素材料的清洁生产新工艺及高性能聚合物复合材料等。
（来源：Advanced Functional Materials）
在该研究中，针对糖尿病伤口难愈合的复杂机制，研究人员制定了一个“多管齐下”的解决方案。糖尿病患者的伤口愈合问题复杂，涉及高含糖组织液渗透、细菌感染以及氧化应激反应。因此，应对方案分别以单向导出排湿、抗菌、抗氧化来解决。
具体来说，该无纺布具有单向导湿功能，这与无纺布的非对称亲/疏水结构密不可分。它由纤维素亲水层和聚己内酯疏水层两部分组成，其中，下层是疏水层而上层为亲水层。
疏水层在接触伤口后，将高糖的组织液单向导到外界从而保持相对干燥的伤口环境，进一步，聚己内酯层负载的氯己定缓慢释放，二者协同可有效抑制微生物生长。
图丨纤维素基无纺布敷料监测糖尿病伤口时的pH响应性（来源：Advanced Functional Materials）
应用创新方面，亲水层中负载的紫甘蓝花青素在抗氧化的同时，具有 pH 颜色响应，进一步可通过智能手机内嵌 python 程序，通过拍照直接检测 pH 值变化，然后糖尿病患者或家属根据 pH 值判断何时更换敷料。
纤维素基无纺布敷料对不同的磷酸盐缓冲盐水溶液，表现出明显的 pH 响应颜色变化。当 pH 值从 5 增加到 9 时，该敷料的颜色逐渐从玫瑰红变为深蓝色。
根据研究实验，即使经过 5 个周期的 pH 变化，该敷料仍然可以清晰地观察到颜色的转变，这表明基于纤维素的无纺布敷料对伤口监测具有足够的 pH 响应可逆性。
（来源：Advanced Functional Materials）
目前，糖尿病患者伤口敷料的更换时间完全依赖于医护人员的判断，不仅增加医护人员的工作量，长期在医院进行治疗也给患者的生活带来一定不便，并需要长期负担医疗费用。
“可视化监测伤口的功能简化了糖尿病患者伤口护理的场景，也就是说，通过该技术可实现在家庭环境及时更换伤口敷料，而不局限于在医院。”田卫国说。
图丨进行实时伤口监测的示意图（来源：Advanced Functional Materials）
整体来说，纤维素基无纺布的制备相对比较简单，主要成本在纤维素材料。该技术相当于将传统的单层无纺布做成双层无纺布，并且气流纺丝或静电纺丝法在工艺上都相对成熟。
田卫国指出，“导致糖尿病难以愈合的因素是多样的，因此难以通过单一的机制去解决这一复杂问题，通过多重手段协同达到最佳效果是我们这项研究的基本出发点之一。”
参考资料：
1. Xu,Z. et al. Cellulose-Based pH-Responsive Janus Dressing with Unidirectional Moisture Drainage for Exudate Management and Diabetic Wounds Healing. Advanced Functional Materials(2023). https://doi.org/10.1002/adfm.202307449
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