摘要：人类感觉系统是一个复杂的协作网络，它从环境中接收外部刺激并将其转化为生物电信号。作为人体最大的机械感觉器官，皮肤组织由神经元、神经纤维和机械感受器密集支配，使身体能够区分力。皮肤组织真皮层中存在的机械感受器和触觉神经元可以将细胞外机械破坏传递给细胞内离子运输。

第一作者：Hua Wei

通讯作者：Jingcheng Hao，Yaqing Liu

通讯单位：山东大学

DOI: 10.1002/adfm.202417280

人类感觉系统是一个复杂的协作网络，它从环境中接收外部刺激并将其转化为生物电信号。作为人体最大的机械感觉器官，皮肤组织由神经元、神经纤维和机械感受器密集支配，使身体能够区分力。皮肤组织真皮层中存在的机械感受器和触觉神经元可以将细胞外机械破坏传递给细胞内离子运输。通过这种方式，可以根据力的强度立即灵敏地检测外部机械线索，并将其转换为不同频率的电脉冲信号。这些电脉冲信号最终向中枢神经系统传播，为人类产生体感输入。然而，由于大面积深度烧伤或化学或工业事故造成的严重皮肤损伤往往超出了皮肤组织的结构损伤。由于机械感受器和相关神经的不可逆破坏，它总是伴随着机械感觉功能障碍。因此，有效的临床伤口治疗不仅旨在加速组织再生，还旨在恢复皮肤的感觉功能。

新兴的基于水凝胶的敷料具有多方面的生物功能，可以用作人造皮肤来治疗严重受损的皮肤，因为它们提供了一个类似于天然皮肤细胞外基质的湿润和透氧的微环境，以加速伤口愈合。其中，可注射水凝胶因其覆盖不规则损伤部位后的形状适应性以及整合止血、抗氧化和抗菌感染等多种功能的能力，在伤口愈合中引起了越来越多的兴趣，这可以根据需要在多个愈合过程中提高伤口愈合质量。尽管应用了基于水凝胶的人造皮肤来治疗皮肤损伤，但恢复天然皮肤的感觉功能仍然是一个临床挑战，因为受损的机械感受器和神经元难以再生。导电水凝胶通过基于人造材料和天然皮肤组织中导电介质的类似导电机制检测和量化各种刺激来模拟人类体感系统。基于机械应变和生物物理电信号的信号传感/转换/传输技术，可以实时检测各种生物物理信号，用于脉搏波、心电图（ECG）、肌电图（EMG）和脑电图（EEG）的多方面医疗监测。在过去的几十年里，由金属纳米粒子（Au、Ag和Cu）、碳基材料和导电聚合物组成的导电水凝胶已被开发出来，以模拟或取代天然皮肤组织的机械感应功能。然而，迄今为止，还没有一种水凝胶材料可以同时加速受损皮肤组织的再生并恢复其机械感觉功能。这种“一箭双雕”策略不可避免地对水凝胶的综合性能提出了更高的要求，例如可匹配的弹性模量和与缺陷皮肤的天然生物组织的粘附性，抗菌和抗炎环境，以及高保真电导。具有令人满意的综合性能用于同步组织再生和机械感觉修复的现有水凝胶材料仍然很少。

本文亮点

1. 本工作介绍了一种多功能水凝胶，该水凝胶将导电聚多巴胺包覆的石墨烯纳米片（PrGO）嵌入动态交联的双多糖（木葡聚糖和壳聚糖）基质网络中。由于动态希夫交联以及易于光触发的二次交联，所制备的水凝胶具有可调节的模量，可以与伤口部位的皮肤组织相匹配。

2. PrGO的光热活性可以将局部温度升高到≈50°C，显著抑制细菌生长。这两个因素共同促进皮肤组织的再生。

3. 水凝胶的组织粘附也被报道，它提供了一种舒适而坚固的界面，可以检测和量化人体运动和生理信号，以模仿人体皮肤体感系统。

图文解析

图1. OC′/PrGO水凝胶用于皮肤再生和机械刺激修复的设计示意图。缩写：DA（多巴胺）、PDA（聚多巴胺）、GO（氧化石墨烯）、PrGO（聚多巴胺修饰的还原氧化石墨烯纳米片）、OXG（氧化木葡聚糖）、CSMA（甲基丙烯酸酯-壳聚糖）、OC（含有OXG和CSMA的双多糖水凝胶）。

图2. a）XG、OXG、CS、CSMA和b）GO、DA、PrGO样品的FTIR光谱。c） 不同DA进料含量的GO和PrGO样品的拉曼光谱。d） GO、PrGO和OC′/PrGO水凝胶的XPS光谱e）C 1s f）N 1s和g）XRD光谱。h） GO（I，IV）和PrGO（II，III，V）的SEM和TEM图像。（III） II中所示区域的放大图像，显示一些PDA纳米棒均匀地嵌入PrGO中。（VI） PrGO的EDS元素分布。

图4. OC′/PrGO水凝胶的粘接性能。a） 照片显示了OC′/PrGO水凝胶对人类皮肤（I）、猪皮（II）、玻璃（III）、铜（IV）和塑料（V）片的粘附性。b） 搭接剪切附着力测试过程的示意图。c） 测量粘合强度的代表性力与距离曲线。d） 不同PrGO纳米填料含量的OC′/PrGO水凝胶的粘合强度。

图5. a） 孵育12和24小时后，OC′和OC′/PrGO水凝胶提取物中HUVEC的活/死染色。b）使用CCK-8试剂盒对水凝胶进行体外细胞活力测定。数据以平均值±标准差的形式报告（**p

图7. 全层皮肤缺损模型中SD大鼠的体内伤口愈合。a） 伤口治疗手术程序示意图。b） 愈合过程中伤口的代表性照片。c） 对照组和OC′/PrGO0.6水凝胶组的动态伤口床演变示意图，以及d）根据剩余伤口面积评估的统计伤口闭合率（n≥3）。数据以平均值±标准差表示（*p

图8. a）H&E染色的组织切片和b）对照组和水凝胶治疗组缺陷周围组织的Masson三色染色的代表性图像。c）表皮、d）肉芽组织厚度和e）不同日期对照组和水凝胶治疗组中胶原蛋白沉积的定量。数据以平均值±标准差的形式报告（*p

图9. OC′/PrGO水凝胶的导电性能及其模拟天然皮肤的多传感能力。a） OC′/PrGO水凝胶的导电机制。b） 不同PrGO纳米填料含量的水凝胶的电导率。c） 电流变化和照片，显示了使用水凝胶作为导体的LED灯在串联电路中切割和愈合时的亮度。水凝胶对不同人体部位的相对阻力变化：d）不同程度的手指弯曲，e）肘部弯曲，f）膝盖弯曲，g）脉搏跳动。使用OC′/PrGO水凝胶作为电极的h）EMG和i）ECG检测设置示意图。j） 展示人体皮肤伤口模型和可注射水凝胶填充伤口的照片。水凝胶对k）张力、l）扭转、m）压缩和n）皮肤模型伤口部位按压的相对阻力变化。

来源：华算科技