根据美国疾病控制和预防中心的统计数据，每年约有1000万人经历着皮肤损伤带来的痛苦。尤其是慢性及感染性伤口的临床护理具有挑战性。敷料在伤口治疗中起到越来越重要的作用。本研究开发了一种新型复合水凝胶敷料（SA-BBR@SFMP-CGF），该敷料将搭载黄连素（Berberine, BBR）的丝素蛋白（Silk fibroin, SF）微球（BBR@SFMP）和牛角瓜纤维（Calotropis giganteafiber, CGF）添加至海藻酸钠（Sodium alginate, SA）水凝胶基质中。该敷料实现了黄连素的长效释放（>15天），并显著增强了水凝胶的力学性能（最大压缩强度达295.74 ± 27.45 kPa）。体外研究显示，其对金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）的抗菌率高达97.40 ± 0.53%，并具有优异的止血性能（溶血率0.33%）。在金黄色葡萄球菌感染的大鼠全层皮肤伤口模型中，该复合水凝胶敷料展现出优异的生物相容性，能有效促进伤口愈合，显著能够加速新生血管形成、毛囊再生和胶原沉积。该功能敷料能够提高伤口愈合效果，缩短治疗周期，改善患者预后，降低治疗成本，为下一代伤口护理技术提供了新思路。

  2025年8月5日，苏州大学现代丝绸国家工程实验室李刚教授、余嘉副教授与牛津大学陈凯丽博士等作者合作开发了一种兼具长效药物缓释与优异力学性能的复合水凝胶伤口敷料。该项研究工作以“Composite Hydrogel Dressing with Drug-Release Capability and Enhanced Mechanical Performance”为题发表在国际权威学术期刊《Biomacromolecules》上。苏州大学硕士生杨洁、杨反磊和徐文浩为共同第一作者，苏州大学李刚教授、余嘉副教授与牛津大学陈凯丽博士后研究员为共同通讯作者。合作作者包括余秀琴副主任医师、郑兆柱副教授和王晓沁教授。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、科技部科技合作计划以及江苏省科学技术厅等项目的支持。

  研究团队采用“两步法”制备了搭载黄连素的丝素蛋白微球（BBR@SFMP），并通过乙醇超声处理提高了牛角瓜纤维（CGF）的亲水性。将BBR@SFMP和CGF分散后加入海藻酸钠（SA）溶液中，利用透析法引发Ca2?离子交联，最终形成复合水凝胶敷料（图1）。所研制的敷料不仅具有优异的药物缓释性能（符合Ritger-Peppas模型），其压缩模量（30.30 kPa）和溶胀率（411.80%）也优于传统藻酸盐敷料。由于CGF的中空结构及其与SA分子网络间的氢键作用，使得敷料的力学强度显著提升，在反复压缩循环后仍保持稳定模量（>25 kPa），使其能够适应关节等高应力活动部位的动态伤口环境（图2）。

  体外抗菌实验证实，SA-BBR@SFMP-CGF对金黄色葡萄球菌的抑制效果显著（>90%），其抗菌性能主要归因于BBR的释放（图3）。细胞实验（L929成纤维细胞）和溶血实验（溶血率0.33%）均证明了其具有优异的生物相容性和血液相容性。此外，CGF的加入显著改善了敷料的止血性能，5分钟凝血指数（BCI）显著低于纯SA水凝胶和未加CGF的复合水凝胶，性能优于传统止血产品（图3）。在金黄色葡萄球菌感染的大鼠全层皮肤伤口模型中，SA-BBR@SFMP-CGF组展现出最快的愈合速度和最佳的愈合质量（图4）。组织学分析（H&E, Masson, CD31和CK14染色）显示，该敷料能有效减轻感染引起的炎症，显著促进第7天和第14天的新生血管密度、毛囊数量以及胶原沉积（图5），从而加速了表皮再生和真皮组织重建。这种协同效应源于：SA水凝胶维持湿润环境；SF（微球及基质）提供生物相容性并支持细胞活动；BBR持续释放抑制细菌感染以及CGF增强力学性能并辅助止血。

图1. 复合水凝胶的制备及其在金黄色葡萄球菌感染伤口愈合中的应用示意图。（a）SF溶液的制备工艺;（b） SA-BBR@SFMP和SA-BBR@SFMP-CGF的制备流程;（c）金黄色葡萄球菌感染全层皮肤创面的模型和愈合过程。

图2. SA-BBR@SFMP-CGF复合水凝胶的表征、力学性能及降解行为：(a) 载药后BBR@1%SFMP表面形貌；(b) 压缩过程图像；(c) 复合水凝胶压缩强度；(d) 复合水凝胶压缩模量；(e) SA-BBR@SFMP-CGF在20%、40%、60%应变下50次循环后的压缩模量；(f) SA-BBR@SFMP-CGF表面形貌；(g) SA, SA-BBR@SFMP, SA-BBR@SFMP-CGF在不同pH下的溶胀率；(h) SA, SA-BBR@SFMP, SA-BBR@SFMP-CGF水凝胶在含胰酶的PBS降解液中的质量保留率；(i) 在PBS降解液中的质量保留率。

图3. SA-BBR@SFMP-CGF复合水凝胶的抗菌活性、药物释放及生物相容性：(a) SA-CGF, SA-BBR@SFMP, SA-BBR@SFMP-CGF对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌表征；(b) 抗菌性能（50%-90%为抑菌，>90%为强效抑菌）；(c) SA, SA-BBR@SFMP, SA-BBR@SFMP-CGF在两种PBS缓冲液中的药物释放曲线；(d) 不同复合水凝胶敷料浸提液培养小鼠成纤维细胞的荧光染色结果；(e) CCK-8法检测复合水凝胶敷料细胞增殖结果统计图；(f) 凝血指数统计图。

图4. SA-BBR@SFMP-CGF水凝胶在SD大鼠伤口愈合中的效果评估：(a) 对照组、SA组、SA-BBR@SFMP组、SA-BBR@SFMP-CGF组SD大鼠背部皮肤伤口在第1、3、5、7、11、14天的愈合照片；(b) 对照组及不同样本处理的大鼠伤口愈合过程示意图；(c) 水凝胶覆盖伤口示意图；(d) 第7天部分愈合皮肤图像（从上至下：SA-BBR@SFMP-CGF, SA-BBR@SFMP, SA, 对照组）；(e) 不同样本处理后的伤口愈合进程；(f) 不同样本处理第7天和第14天伤口愈合率统计表。

图 5. SA-BBR@SFMP-CGF 水凝胶处理伤口的组织学分析和组织再生。(a）对照组、SA 组、SA-BBR@SFMP 组和 SA-BBR@SFMP-CGF 组 SD 大鼠背侧皮肤伤口组织在第 7 天和第 14 天的 H&E 和 Masson 染色结果；（b-c）不同样品处理后第 7 天和第 14 天新生血管和新生毛囊的统计表；（d）不同样本伤口处理后第 7 天和第 14 天胶原蛋白沉积率统计表；（e）CD31 和 CK14 染色结果；（f）不同样本伤口处理后第 7 天和第 14 天表皮厚度统计表。

  上述研究结果表明，该研究开发的SA-BBR@SFMP-CGF复合水凝胶敷料，通过创新性地结合SF微球的药物缓释功能与牛角瓜纤维的力学增强及止血特性，改善了水凝胶敷料在药物快速释放和力学强度不足方面的局限。该敷料具备优异的生物相容性、长效抗菌性（尤其针对金黄色葡萄球菌）、增强的力学性能（匹配皮肤模量、耐疲劳）、良好的止血效果，并能显著加速感染性伤口的愈合过程（促进血管化、毛囊再生和胶原沉积）。该研究为开发适用于动态伤口环境、尤其是高应力活动部位或慢性感染伤口的新型多功能敷料提供了有效的策略，具有潜在的临床应用前景。

  原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.biomac.5c00505

通讯作者简介：

  陈凯丽，英国帝国理工学院获得博士，现于牛津大学Botnar研究中心从事科研工作，专注于生物传感诊断材料与器件、纤维材料用于组织工程及再生医学研究。在Nature Communications等期刊发表了多篇高水平论文。

  余嘉，苏州大学体育学院运动康复专业副教授，上海交通大学硕士、香港理工大学博士、哈佛大学访问学者；曾在美国Mayo Clinic、Harvard University的骨科生物力学实验室/中心开展访问研究。主要研究方向为：肌骨系统生物力学、医学3D打印、康复工程；已发表学术论文及专著50余篇，授权专利10余项，参与制定3D打印团体标准3项。主持国家自然科学基金面上项目，科技部重点研发计划子课题等10余项；担任中国生物医学工程学会康复工程分会青年副主任委员、中国康复辅助器具协会康复工程专业委员会青年副主任委员、SICOT中国部数字骨科学会第一届委员会委员、江苏省医学会数字医学分会第一届委员会青年委员、苏州市科技计划项目评审专家，以及国内外20多个权威杂志评审专家。

  李刚，苏州大学教授、博导，江苏省第十五批“六大人才高峰”高层次人才、江苏省侨联青年委员会委员、香港理工大学江苏校友会副会长。香港理工大学博士、美国塔夫茨大学访问学者（导师：美国工程院David Kaplan院士）。长期在丝蛋白生物材料、医用和智能纺织材料等交叉领域开展研究。在Advanced Functional Materials、Biomaterials等期刊发表学术论文150余篇，已授权美国、日本和中国专利50余件，联合企业获批国家药监局三类医疗器械产品注册证1项。主持国家重点研发计划课题、国家自然科学基金面上项目等项目30余项，曾获中国丝绸领域十大科技进展奖、中国商业联合会科技进步奖、香港首届创新大赛冠军、江苏省十大行业优秀成果奖等荣誉。主要学术兼职为中国生物材料学会高级会员、智能仿生材料分会委员、中国科协培训和人才服务中心、国家药监局器审中心、中国和奥地利国家自然科学基金、“霍英东”科教奖和泰晤士高等教育世界大学排名函评专家（https://web.suda.edu.cn/tcligang）。