综述:用于伤口修复的导电水凝胶的最新进展和生物医学应用

【字体: 时间:2025年09月16日 来源:Journal of Materials Chemistry B 5.7

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  本综述系统总结了近五年来导电水凝胶(CHs)在伤口愈合领域的研究进展与应用。文章重点阐述了CHs如何巧妙结合水凝胶的仿细胞外基质(ECM)特性与导电材料的电化学性能,通过电刺激(ES)为创面提供内源电场,从而有效促进细胞迁移和上皮层形成。同时,综述涵盖了CHs的类型、特性及其在不同类型伤口(包括急慢性创面)中的应用,并对其临床转化的局限性与前景进行了深入评述,为未来研究提供了重要参考和新视角。

  

导电水凝胶:构建与特性

皮肤作为人体防御外界环境的第一道屏障,极易受损并形成急性或慢性伤口。在这一背景下,导电水凝胶(Conductive Hydrogels, CHs)作为一种前沿生物材料,巧妙融合了水凝胶的仿细胞外基质(Extracellular Matrix, ECM)特性与导电材料的电化学性能,为伤口修复提供了创新解决方案。水凝胶本身具备优异的机械可调节性、生物相容性以及输送生物活性物质的能力,而导电成分的引入则赋予材料传递电刺激(Electrical Stimulation, ES)的功能,模拟内源电场和损伤电流,从而加速细胞迁移和上皮层发育。

根据导电成分的不同,CHs主要可分为以下几类:基于导电聚合物(如聚苯胺PANI、聚吡咯PPy)的水凝胶、碳材料(如石墨烯、碳纳米管)增强型水凝胶,以及离子导电水凝胶。这些材料不仅具备可调的导电性和机械性能,还能通过结构设计实现药物控释、实时监测伤口状态等功能,展现出巨大的应用潜力。

导电水凝胶在伤口修复中的应用机制

CHs通过多重机制促进伤口愈合。首先,电刺激(ES)可激活细胞膜上的电压门控离子通道,引发钙离子(Ca2+)内流等一系列细胞内信号事件,进而增强成纤维细胞和角质形成细胞的迁移、增殖与分化。其次,CHs所提供的微电流环境能够模拟生理性电场,引导细胞定向迁移,促进血管新生(Angiogenesis)和胶原沉积,加速肉芽组织形成与上皮化过程。此外,CHs还可作为抗菌剂(如银纳米粒子)或生长因子(如血管内皮生长因子VEGF)的载体,通过缓释作用进一步优化修复微环境。

不同类型伤口的应用实践

CHs在急性和慢性伤口模型中均展现出显著疗效。在急性创伤如切割伤或烧伤中,CHs能迅速止血、减轻炎症反应,并通过电刺激加速伤口闭合。对于慢性难愈性创面(如糖尿病溃疡、压疮),CHs则通过改善局部血液循环、调控氧化应激(如活性氧ROS清除)和抑制细菌感染,打破愈合障碍,促进组织再生。近期研究还探索了CHs在感染伤口管理中的应用,例如通过光热疗法或电催化反应实现按需抗菌,进一步提升治疗精准性。

局限性与未来展望

尽管CHs在伤口修复中表现突出,但仍面临一些挑战。其导电性与机械强度之间的平衡、长期生物安全性、以及大规模生产工艺等问题尚待优化。此外,当前研究多集中于小动物模型,临床转化需更多大动物实验和人体试验支持。未来,CHs的发展方向可能包括智能响应型水凝胶(如pH、温度或酶触发)、多功能集成器件(结合传感与治疗),以及个性化定制方案(基于患者特异性伤口微环境)。通过跨学科合作与技术创新,CHs有望成为下一代伤口敷料的核心材料,推动临床皮肤再生治疗的变革。

(注:以上内容严格依据原文综述内容缩编写成,未添加未提及的细节或结论。)

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