一直以來，糖尿病患者的傷口難癒合問題，是該領域公認的技術挑戰之一。
患者傷口會不斷地產生組織滲出液，而且高糖成分容易繁殖大量微生物造成細菌感染，引起氧化應激反應等。情況嚴重時，還面臨組織壞死、截肢的風險，甚至直接威脅患者的生命。
那麼，是否可以通過科學的方法，實現糖尿病患者傷口的有效管理呢？
中國科學院化學研究所張軍研究員/田衛國副研究員團隊與國家納米中心孫斐斐合作研發了一種纖維素基無紡布多功能敷料。不僅具有抗菌/抗氧化性、能快速單嚮導出組織滲出液，還可以通過對 pH 的動態響應，藉助智慧型手機實時可視化監測傷口癒合狀態。
另一方面，普通傷口敷料如紗布在使用一段時間後，從傷口揭下來時容易造成傷口的二次創傷。
而該無紡布敷料具有非粘性的特點，避免了護理傷口過程中可能帶來的二次創傷。根據體內外實驗、組織病理及免疫螢光分析和組織病理學研究結果，該無紡布敷料在促癒合率、膠原沉積和血管生成方面均優於市售紗布。
圖丨相關論文（來源：Advanced Functional Materials）
近日，相關論文以《基於纖維素的 pH 響應型 Janus 敷料具有單向排濕功能，用於糖尿病滲出液管理和傷口癒合》（Cellulose-Based pH-Responsive Janus Dressing with Unidirectional Moisture Drainage for Exudate Management and Diabetic Wounds Healing）為題發表在 Advanced Functional Materials 上[1]。
中國科學院化學研究所博士研究生許展為論文第一作者，田衛國副研究員、國家納米中心孫斐斐助理研究員為論文共同通訊作者。
圖丨張軍（左）與田衛國（來源：田衛國）
張軍課題組致力於纖維素研究近 20 年。纖維素是自然界最豐富的天然高分子，每年光合作用新產生纖維素高達千億噸，如何將纖維素轉化為功能性材料並應用於社會生產與日常生活是團隊成員共同努力的方向。
具體的研究方向包括纖維素的溶解與加工新方法、纖維素的均相衍生化、新型功能化纖維素材料、再生纖維素材料的清潔生產新工藝及高性能聚合物復合材料等。
（來源：Advanced Functional Materials）
在該研究中，針對糖尿病傷口難癒合的複雜機制，研究人員制定了一個「多管齊下」的解決方案。糖尿病患者的傷口癒合問題複雜，涉及高含糖組織液滲透、細菌感染以及氧化應激反應。因此，應對方案分別以單嚮導出排濕、抗菌、抗氧化來解決。
具體來說，該無紡布具有單嚮導濕功能，這與無紡布的非對稱親/疏水結構密不可分。它由纖維素親水層和聚己內酯疏水層兩部分組成，其中，下層是疏水層而上層為親水層。
疏水層在接觸傷口後，將高糖的組織液單嚮導到外界從而保持相對乾燥的傷口環境，進一步，聚己內酯層負載的氯己定緩慢釋放，二者協同可有效抑制微生物生長。
圖丨纖維素基無紡布敷料監測糖尿病傷口時的pH響應性（來源：Advanced Functional Materials）
應用創新方面，親水層中負載的紫甘藍花青素在抗氧化的同時，具有 pH 顏色響應，進一步可通過智慧型手機內嵌 python 程序，通過拍照直接檢測 pH 值變化，然後糖尿病患者或家屬根據 pH 值判斷何時更換敷料。
纖維素基無紡布敷料對不同的磷酸鹽緩衝鹽水溶液，表現出明顯的 pH 響應顏色變化。當 pH 值從 5 增加到 9 時，該敷料的顏色逐漸從玫瑰紅變為深藍色。
根據研究實驗，即使經過 5 個周期的 pH 變化，該敷料仍然可以清晰地觀察到顏色的轉變，這表明基於纖維素的無紡布敷料對傷口監測具有足夠的 pH 響應可逆性。
（來源：Advanced Functional Materials）
目前，糖尿病患者傷口敷料的更換時間完全依賴於醫護人員的判斷，不僅增加醫護人員的工作量，長期在醫院進行治療也給患者的生活帶來一定不便，並需要長期負擔醫療費用。
「可視化監測傷口的功能簡化了糖尿病患者傷口護理的場景，也就是說，通過該技術可實現在家庭環境及時更換傷口敷料，而不局限於在醫院。」田衛國說。
圖丨進行實時傷口監測的示意圖（來源：Advanced Functional Materials）
整體來說，纖維素基無紡布的製備相對比較簡單，主要成本在纖維素材料。該技術相當於將傳統的單層無紡布做成雙層無紡布，並且氣流紡絲或靜電紡絲法在工藝上都相對成熟。
田衛國指出，「導致糖尿病難以癒合的因素是多樣的，因此難以通過單一的機制去解決這一複雜問題，通過多重手段協同達到最佳效果是我們這項研究的基本出發點之一。」
參考資料：
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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