编者按：在科技迅猛发展的当下，从高精尖设备的研发，到对深海、外太空等极端环境的大胆探索，每一项革新与突破的背后，都离不开新型先进材料的支撑！“逆天改命”新材料系列文章将聚焦那些材料中的“叛逆者”。它们借助科学家们的巧妙设计以及前沿技术的加持，彻底改写了自身的一些固有特性，从而打破命运的枷锁，以全新的姿态，肩负起推动人类文明迈向未来的重任！


对于患者而言，外伤换药往往是痛苦的 图片来源：引导AI绘制

处理伤口时，你是希望止血贴上的胶松弛一些呢？还是结实一些？

粘得太松弛，容易造成细菌等污染物进入，导致伤口感染。

粘得太结实，换药的时候又会撕裂伤口，造成巨大的痛苦以及二次损伤！

这似乎是一个难以两全的难题，不过，我国的科学家已经找到了解决之法——近日，来自北京科技大学化学与生物工程学院的温永强教授团队，受大鲵启发，开发出了一种温敏不对称生物源纳米纤维伤口敷料（PGSGS敷料）。

在常温下它可以牢牢粘附并保护伤口，促进愈合，而在低温下它又能大幅削弱自身黏性，实现轻松剥离和无痛换药。

该项新技术不仅解决了传统敷料难以更换的问题，还在动物实验中显示出了显著的加速伤口愈合的效果，为伤口护理领域提供了新工具与思路。该研究成果已经发表于《先进纤维材料》（Advanced Fiber Materials）期刊上。

传统伤口敷料的局限

伤口敷料是医疗护理中最基础也是最关键的工具之一，但它在附着性、更换难度等方面，却一直存在多种问题。

传统的伤口敷料，比如纱布、医用胶带等，往往难以兼顾粘连牢固度与易更换性。也就是说，它们要么过度黏附伤口，虽然可以让药物充分接触创面，但容易在换药时拉扯结痂与新生组织，引发剧烈疼痛甚至二次损伤；要么黏附力度不足，造成敷料与创面接触不充分，同时导致灰尘、水的进入，影响药物的吸收和细胞的生长，甚至滋生细菌，造成感染！


多孔的医用纱布也会和结痂、分泌物等“长到一起”，造成难以换药的情况 图片来源：维基媒体 Saltanat ebli

这种“拉扯疼痛与保护不周”之间的矛盾，让医护人员和患者都苦不堪言。尤其是对于出现全层皮肤伤口或大面积烧伤的情况，频繁换药会给患者带来巨大的痛苦，有时甚至需要使用止痛药或局部麻醉来缓解疼痛。而这些止疼手段又可能造成恶心、呼吸困难等副作用。

 一战时，护士为伤员的伤口敷药 图片来源：维基媒体库

即便是近几年出现的一些功能性敷料，总体来看，它们大多也只采用了单一的可降解或以特定药物辅助抗菌的设计手段，并无法在自由换药的便利性和创面保护之间取得真正的平衡，而这正是该研究团队所要解决的核心问题。

“最懂患者”的新型敷料

受大鲵的一些生理特性以及皮肤成分启发，研究团队设计了一种温敏不对称纳米纤维敷料。这是一种复合材料，它由三层结构组成：最外层相当于保护罩，由聚乳酸纳米纤维制成，负责为敷料提供机械支撑，保障整体强度，同时也能隔绝潜在的外部污染物。


一条人工饲养的中国大鲵，也被称为“娃娃鱼” 图片来源：新华社 李尕

内层是明胶-大鲵纤维，用来直接接触创面并进行粘附，促进伤口愈合；而在中间，还设有一层交联层，负责将内外层连接并保护创面。


新型敷料在常温时可以与关节处保持紧密贴合 图片来源：北科科研

那么这种材料是如何实现那“善解人意”的黏附与脱离的呢？它利用的其实是分子在不同温度下活跃程度的差异！

在常温，也就是约25摄氏度时，敷料的分子链比较活跃，其上的羟基和氨基可以与创面组织的氨基和羧基相结合，从而形成稳固的氢键网络，实现高达26 kPa的粘附力，保障稳固的贴合，同时促进愈合！

而当环境温度下降至8摄氏度以下，分子链的排列会变整齐，官能团的暴露减少，粘附力骤降至4 kPa，使得敷料可被轻松剥落。

这样的设计意味着医生和患者只需要对敷料进行短时间的低温处理，即可实现无痛换药，从而有效避免了传统敷料带来的拉扯伤害。

此外，多层结构和聚乳酸（PLA）材料的引入，还能防止伤口渗出液浸润纤维膜后，造成对敷料力学性能的破坏，保持整体稳定性。该敷料由纯天然材料或生物基合成材料制成，具备良好的生物相容性和可降解性，这也进一步降低了出现过敏反应或其他副作用的概率。


纳米纤维伤口敷料的制备过程及其温度响应粘附机理 图片来源：北科科研

新敷料的“实战”：小鼠实验

为了验证PGSGS敷料在真实伤口环境中的表现，研究团队采用大鼠全层皮肤缺损模型进行实验。“参赛选手”包括空白对照组、商用敷料组以及PGSGS敷料组（分直接治疗和低温治疗两种方式）。

研究人员每隔三天记录一次创面变化和换药过程。结果显示，在前几天，各组之间的创面面积缩小速度差异并不明显，这可能是由于用来固定敷料的橡胶圈限制了敷料与创口的充分贴合；但从第七天开始，应用了低温换药处理的PGSGS敷料组的优势开始展现，换药过程不造成二次损伤，新生组织得到了充分的保护，创面面积得以迅速缩小！

为了验证这种神奇的新材料是否对人体细胞无毒无害，研究人员将部分组织细胞（成纤维细胞与巨噬细胞）与敷料中的纳米纤维共同进行了体外培养，结果细胞的存活率在85%以上，这一数值与常见医用材料的表现水平相当，证明这种材料对生物组织具有良好的安全性，并能通过提供类似细胞外基质的微环境，显著促进细胞的增殖与迁移。

此外，抗菌性方面的分析与实验也表明，PGSGS敷料在防感染方面也具有潜在优势。


显微镜下的金黄色葡萄球菌（会造成伤口感染的常见细菌之一） 图片来源：维基媒体David Dorward

虽然距离投入实际应用还有很长的一段路要走，但这种新型智能敷料有望成为创口护理领域一个可靠的通用化工具，它可以减少患者的痛苦、提高治愈速度，在创口修复的过程中严密守护创面。对于那些同时患有糖尿病或免疫力低下的外伤患者而言，采用新材料可能更有益处。

未来，研究人员还计划进一步优化材料的设计，以应对大面积动态伤口、高湿度环境下的治疗等极端情况。

随着材料科学和生物工程的进一步结合，未来的创面护理乃至其他领域的治疗手段，将不再仅聚焦于基础的快速止血与病症根治，而是将在减少患者痛苦，加速治愈过程、降低疤痕出现等方面发力，让治疗手段更智能、更可控、更便捷，也更具人文关怀的温度。

作者：宋世超
审核：孙立权 北京理工大学生命学院副教授