《Nano energy》双面柔性摩擦纳米发电机水凝胶皮肤贴片用于促进创面愈合！

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创面愈合始终是医学领域中备受关注且极富挑战性的问题，因此亟需创新方法来加速这一过程。为此，本研究设计了一种具有双面结构且柔性的摩擦纳米发电机（TENG），利用其将机械振动转换为脉冲电刺激，并通过一款兼具生物相容性与抗菌性的皮肤贴片施加在创面部位。该皮肤贴片的基体由壳聚糖（chitosan）、聚乙烯醇（polyvinyl alcohol）和氧化锌纳米颗粒（ZnO NPs）组成。所制备的TENG平均开路输出电压达57 ± 5 V，平均短路输出电流约为2.2 ± 0.3 μA。体外抗菌活性检测显示，当水凝胶中ZnO NPs浓度升高时，抗菌能力增强，但细胞存活率随之下降。结合这些结果，最终选定了0.4 %（W/V）的ZnO NPs浓度作为在TENG上应用的皮肤贴片最佳配方。在大鼠实验中，与快速电刺激相比，缓慢的电刺激更有效地促进了创面愈合，组织学分析进一步证实了这一结论。整体结果说明，将TENG所提供的电刺激与具有生物相容性和防护功能的水凝胶贴片结合，足以保护创面免受病原体侵害并加速创面愈合过程。

创新点

1. 该TENG设备能将机械冲击转化为电刺激，双面设计确保了稳定的电输出，适用于不同范围的创面治疗。

2. 壳聚糖、聚乙烯醇和ZnO纳米颗粒的水凝胶贴片具有良好的生物相容性和抗菌性，能够安全地将电刺激传递至创面，促进愈合。

3. 研究发现，0.4%的ZnO纳米颗粒浓度是最佳选择，能在保持抗菌效果的同时，最小化对细胞的损害。

4. 这种TENG具有柔韧性和粘附性，便于日常使用，并允许调整机械刺激强度以适应个性化治疗需求。

对科研工作的启发

1. 此种双面柔性摩擦纳米发电机设计与抗菌水凝胶结合的思路，揭示了将可穿戴电子设备与生物医学材料相互融合的潜在价值。

2. 电刺激频率与强度对组织修复过程的影响值得深入研究，不同类型组织与不同愈合阶段之间的响应机制或有差异。

3. 此外，如何在保持细胞活力与增强抗菌效应之间取得最佳平衡，也为后续纳米颗粒与水凝胶材料的比例与结构设计留下了提升空间。

4. 这一研究还证明了在创面愈合领域中力学能量与电信号同步施加的重要意义，对其他具有类似修复需求的软组织器官也具有可借鉴的意义。

思路延伸

1. 通过开发具有可调节脉冲强度与频率的摩擦纳米发电机，使其能够适配不同个体的伤口愈合速度与生理特征，达到更加精准的个性化干预。

2. 在水凝胶中引入更多生物活性分子，如生长因子、抗氧化剂或抗炎成分，借助TENG输出的电刺激，进一步放大这些添加剂在修复过程中的作用。

3. 将传感器与此类皮肤贴结合，实现对创面愈合过程的实时监测，并通过反馈机制自动调整电刺激参数，从而构建“监测-治疗-监测”的自适应疗法。

4. 针对不同身体部位或不同运动频度场景，优化摩擦纳米发电机的结构，使其既能保证相对稳定的输出，也能适应多角度、多频率的机械输入。

5. 通过简化制备工艺并提升材料可及性，推动此类双面柔性TENG敷料在医疗机构或家庭护理中的应用，实现批量化与低成本，为广泛临床使用奠定基础。

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

来源：生物纳米材料前沿