基于CPCs的皮膚傷口支架設計

傷口愈合對于維持體內環(huán)境穩(wěn)定及抵抗外界細菌感染至關重要。據統(tǒng)計，我國每年用于傷口治療的醫(yī)療成本高達200億美元，而臨床數據顯示，成人慢性傷口平均需要1年的時間才能完全愈合。目前，國內外研究者已采用基因編程、3D打印技術、干細胞培養(yǎng)等技術在創(chuàng)傷修復領域取得了一定的成效，但這些技術都存在一定的不足，如成本高、耗時長、成功率低、難以構建適宜的創(chuàng)面微環(huán)境。尤其是對于事故創(chuàng)傷、燒燙傷和術后創(chuàng)傷等特殊條件下的創(chuàng)傷修復，難以實現有效的傷口感染預防，容易造成二次感染和組織損傷。因此，開發(fā)出能夠實現創(chuàng)面完美修復與再生的新型傷口敷料不僅是亟待解決的臨床問題，也是關乎民生的國家需求。據臨床研究，創(chuàng)面在愈合過程中的細胞代謝和細胞增殖受傷口微環(huán)境（如物理、化學和生物因素）如溫度、傷口部位的pH值、氧氣水平，或葡萄糖水平的影響。

針對上述科學問題和關鍵影響因素，近日，南京工業(yè)大學化工學院、材料化學工程國家重點實驗室陳蘇教授與金陵醫(yī)院李俊主任將溫度作為傷口微環(huán)境的研究參數，通過實現對溫度的調控來操縱外界環(huán)境，增加皮膚的血流量，進而加速皮膚愈合的進程。

膠體光子晶體（CPCs）作為一種具有周期性空間結構和獨特光子帶隙的材料，其本身高度有序的陣列可以有效地反射可見光和紅外線，從而能夠實現有效的反射冷卻效果。因此基于光子晶體的熱調節(jié)作用構筑用于皮膚創(chuàng)面愈合的傷口敷料，目前還尚未有人報道。

首先從設計材料的微觀有序結構入手，在傳統(tǒng)的聚苯乙烯（PS）膠體粒子表面接枝馬來酸酐（MA）作為活性點，并引入聚醋酸乙烯酯（PVAc）原位生長均一納米尺寸的殼層，利用PVAc較低的玻璃化轉變溫度，實現相鄰殼層間的融合糾纏。基于此，構筑的光子晶體（CPCs）膜展現出較高的不開裂特性以及熱反射性能。再者，基于CPCs膜優(yōu)異的附著力和熱管理特性，借助微流控涂膜技術成功實現了CPCs膜/纖維蛋白凝膠復合的傷口敷料設計（微流控涂膜儀器由南京捷納思新材料有限公司提供），與傳統(tǒng)的傷口支架相比，經過該光子晶體皮膚支架處理的創(chuàng)口表現出更快的愈合速度以及更優(yōu)的肉芽組織再生能力。

圖1 微流控涂膜儀

這項工作不僅為高性能CPCs膜提供了一種新的材料，而且為基于CPCs的皮膚傷口支架設計提供了新的見解，這將為臨床治療傷口，特別是燙傷和燒傷提供新的機會。該研究成果于近日發(fā)表在被國際重要刊物ACS Applied Polymer Materials上。南京工業(yè)大學化工學院、材料化學工程國家重點實驗室陳蘇教授與南京醫(yī)科大學附屬江寧醫(yī)院李俊主任為共同通訊。南京工業(yè)大學博士李國星為第一作者。

該課題得到了國家自然科學基金重點項目、國家重點研發(fā)計劃、江蘇省高校優(yōu)勢學科建設工程、材料化學工程國家重點實驗室等基金的資助和支持。

圖2 CPCs薄膜熱管理原理圖

圖3 （a）傷口愈合過程示意圖；（b）纖維蛋白凝膠和纖維蛋白凝膠/CPCs下細菌菌落存活的光學照片；（c）傷口面積隨時間變化圖；（d）分別用PBS、纖維蛋白凝膠和纖維蛋白凝膠/CPCs處理大鼠代表性皮膚創(chuàng)面愈合過程的數字照片；（e）分別用PBS、纖維蛋白凝膠、纖維蛋白凝膠/CPCs處理動物傷口部位的組織學數據。