糖尿病慢性难愈合创面，尤其是糖尿病足溃疡，是当前全球糖尿病患者面临的重大临床挑战之一。长期高血糖不仅导致局部炎症持续存在，还会破坏组织内源性电场的形成与维持，从而削弱细胞迁移、血管生成以及组织再生能力，最终导致创面长期无法愈合。
近年来，外源电刺激被证明能够有效恢复创面区域的生物电信号，促进组织修复。然而，传统电刺激系统通常依赖外接电源、导线和复杂设备，存在体积庞大、柔性不足、佩戴不适以及难以长期连续治疗等问题，严重限制了其临床应用。
与此同时，自供能生物电子器件的发展为慢性创面治疗提供了新的思路。特别是基于葡萄糖生物燃料电池的系统，可直接利用创面渗出液中的葡萄糖进行能量转换，实现无需外部供电的持续电刺激。但现有系统仍普遍存在结构复杂、生物降解性不足、组织贴合性有限以及临床适配性不强等问题。
针对上述挑战，中国科学院大学欧阳涵副教授团队、国家纳米科学中心陈春英院士团队、清华大学李舟教授团队，合作提出一种“葡萄糖驱动共生电子绷带（Glucose-powered Electronic Bandage, GEB）”策略，通过利用糖尿病创面中过量葡萄糖实现原位发电，恢复受损内源电场，并协同调控免疫、血管生成与组织再生。
2026年6月10日，该研究以“Restoration of endogenous electric fields with a glucose-powered symbiotic bioabsorbable bandage for diabetic wound healing”为题发表在《科学进展》（Science Advances）。
研究团队设计了一种柔性、可降解、可呼吸的葡萄糖驱动电子绷带（GEB），整体由静电纺丝聚己内酯（PCL）纤维基底、自组装MXene导电网络以及酶催化体系组成。该系统包含两类功能电极：MXene-葡萄糖氧化酶（MX-GOx）阳极与MXene-Pt阴极。当绷带接触糖尿病创面渗出液后，GOx催化葡萄糖氧化生成电子和质子，电子通过MXene导电网络传输至Pt阴极，并驱动氧还原反应，从而在无需外部供电条件下持续产生稳定生物电场。其中，MXene二维纳米片不仅构建了高效电子传输通道，还通过纳米限域效应增强了氧还原催化效率。理论计算结果表明，MXene层间纳米通道能够有效促进氧气吸附与活化，降低氧还原反应自由能势垒，从而提升整体电化学性能。此外，研究团队采用掩膜喷涂工艺实现了大面积可定制化制备，使绷带能够适配不同尺寸、不同部位创面，并兼具柔性贴合、透气和可降解等优势。
01 系统设计：利用病理葡萄糖实现“自供能电刺激”
GEB 被设计为一种柔性、可呼吸、完全可降解的电子绷带，其核心创新在于：直接利用糖尿病创面中过量葡萄糖作为能量来源，实现持续稳定的生物电刺激。整个系统由静电纺丝聚己内酯（PCL）纤维基底、自组装 MXene 导电网络以及酶催化体系组成。器件包含两类功能电极：MXene-葡萄糖氧化酶（MX-GOx）阳极与 MXene-Pt 阴极。当绷带接触糖尿病创面渗出液后，GOx 会催化葡萄糖氧化反应，产生电子和质子；电子通过 MXene 导电网络传输至 Pt 阴极，并驱动氧还原反应，从而形成持续稳定的局部生物电场。整个过程无需任何外部电池或导线，即可实现“边降糖、边发电、边治疗”的闭环修复。相比传统笨重的电刺激系统，GEB 采用超薄柔性电子织物结构，可高度贴合不规则创面，并具备优异透气性与组织相容性，为长期动态治疗提供了可能。
图1. 以葡萄糖为能量来源的可生物吸收的柔软电子绷带的原理图，用于加速糖尿病伤口愈合。
02 电化学机制：MXene 纳米限域增强生物能量转换
为了实现稳定持续的生物电输出，研究团队进一步利用MXene 的二维层状结构构建纳米限域催化微环境。实验结果表明，MXene 不仅能够提供高效电子传输通道，其层间纳米通道还可显著增强氧还原反应（ORR）的催化效率。理论计算显示，随着 MXene 层间距减小，氧气分子在纳米通道中的吸附更加稳定，自由能势垒明显降低，从而加速氧还原动力学。这一“纳米限域效应（Nano-confinement Effect）”有效提升了电子转移效率与器件稳定性，使 GEB 在生理环境下能够持续稳定工作超过 6 天，并在高糖条件下输出更强生物电信号。此外，GEB 还表现出优异机械性能：最大拉伸应变接近 800%；水蒸气透过率达 89.5 g/m2·h；表面亲水性显著增强；可适配复杂动态创面。这些特性共同构建了适合组织再生的微环境。
图2. GEB的基本性能表征
03 生物效应：重建创面“再生微环境”
研究发现，GEB 的治疗作用不仅来源于电刺激本身，更来自其对糖尿病创面微环境的系统性重塑。首先，GOx 持续消耗局部葡萄糖，有助于改善高糖微环境；同时产生的 ROS 能够有效抑制细菌生长，降低感染风险。其次，持续稳定的生物电场能够显著促进：成纤维细胞迁移；血管生成；胶原沉积；上皮重建。更重要的是，GEB 可显著调控免疫微环境。免疫荧光结果显示，GEB 能够促进巨噬细胞由促炎 M1 型向修复型 M2 极化，从而减轻慢性炎症并促进组织再生。同时抑制多种炎症相关因子表达，形成有利于再生修复的“电-免疫-再生”协同网络。
图3. 糖尿病小鼠皮肤伤口修复
04 大动物与跨器官验证：从皮肤到肠道的普适治疗平台
为了验证其临床转化潜力，研究团队进一步在糖尿病猪全层皮肤缺损模型中开展实验。结果显示，GEB 能显著加速创面闭合，促进胶原有序沉积与表皮重建，其修复效果明显优于对照组。由于猪皮肤在结构与生理特征上更接近人体，这一结果进一步验证了其临床应用前景。更进一步，研究人员还将 GEB 应用于糖尿病小鼠肠道损伤模型。通过设计适配肠道结构的柔性双电极系统，GEB 能够稳定贴附于肠道创面，并持续输出生物电刺激。
实验结果显示：肠绒毛高度显著恢复；杯状细胞数量增加；肠黏膜屏障修复加快；肠道菌群稳态得到改善。这一结果表明，GEB 不仅是一种创面敷料，更有望发展为一种适用于多器官组织修复的“共生生物电子平台”。
图4. 糖尿病猪皮肤伤口修复
总结与展望
本研究开发了一种基于“病理葡萄糖供能”的可降解共生电子绷带，实现了糖尿病创面环境中：能量获取；生物电场恢复；免疫调控；血管生成；组织再生的一体化协同治疗。与传统电刺激系统相比，GEB 无需外部供电即可长期稳定工作，并兼具柔性、透气、可降解与组织适配等优势，在糖尿病皮肤创面与肠道损伤等多种模型中均展现出优异疗效。更重要的是，该研究提出了一种“病理代谢物即治疗能源”的共生生物电子范式，为下一代自供能、可降解、智能化生物电子医学系统提供了重要方向。未来，结合无线监测、药物控释与人工智能诊疗技术，该平台有望进一步拓展至神经修复、胃肠疾病、骨再生以及慢性炎症治疗等更多临床场景。
该研究得到国家自然科学基金、新基石科学基金、中国科学院青年创新促进会、中国科学院战略性先导科技专项、北京市自然科学基金、北京市科技新星计划以及中央高校基本科研业务费等资助。
论文链接：https://doi.org/10.1126/sciadv.aed9445
