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  壓瘡（又稱壓力性損傷）是長期臥床或行動不便患者的常見疾病，具有發病率高、治療難度大、復發率高的特點。盡管目前已開發出可用于壓瘡治療的各類敷料，然而傳統敷料往往缺乏透氣性、機械適應性及減壓能力，而這些特性對保護脆弱組織和預防壓瘡形成至關重要。更棘手的是，早期壓瘡通常無癥狀表現，因此需采取持續非侵入性監測手段以更好地感知局部應力。摩擦納米發電機（TENGs）能夠采集生物力學能量實現自供電，在便攜性、長期服務和主動感知方面具有顯著優勢。此外，TENGs可作為生物力學傳感器通過電輸出變化檢測細微生理變形。然而，現有的基于TENGs的平臺常面臨自供電傳感與治療功能間的不兼容問題，限制了其在綜合性壓瘡管理中的應用潛力。

  受細胞外基質中的多級結構啟發，四川大學楊偉教授、尹波教授、劉宸辰副研究員團隊提出了一種用于壓瘡管理的自供能凝膠貼片，通過將導電水凝膠網絡與彈性海綿交織，形成保濕且具有生物粘附性的敷料。該貼片兼具優異的透氣性與抗菌性，可協同提升壓瘡治療效果。將該導電敷料與醫用紗布組裝成的摩擦電凝膠貼片，利用網絡中分級組裝結構的寬應力響應范圍和低滯后特性，可實現無源自供能的壓力傳感，并表現出卓越的靈敏度與線性度。這種生物相容性貼片不僅能通過穩定持續的摩擦電刺激通路激活鈣離子通道并引導細胞增殖，還能通過檢測壓瘡易潰瘍部位的壓力傳感電信號進行風險預警。

  2025年11月18日，相關論文以“Extracellular Matrix-Guided Hierarchical Assembly of Self-Powered Patches for Stress Relaxing, Wireless Monitoring, and Accelerated Healing of Pressure Ulcers”為題，發表在ACS Nano。

  細胞外基質通過膠原蛋白-彈性蛋白纖維支架提供生物力學強度并利用糖胺聚糖傳遞生物信號，受此啟發下的PCG/PU自供能貼片則通過導電凝膠網絡與海綿骨架的多級組裝實現生理順應性與電信號傳導。該敷料展現出優異的組織粘附性（剪切強度32.65 kPa），良好的抗溶脹性與透氣性，并具備高導電性（0.06~0.125 S m?1）、高拉伸率（258%）以及抗壓強度（1.7 MPa）。

圖1 PCG水凝膠的制備與PCG/PU貼片的基礎性能表征

  將PCG/PU貼片與醫用紗布組裝成創可貼式結構，通過接觸分離過程中的摩擦起電與靜電感應共同驅動電子周期性流動，產生穩定電輸出。該器件最大輸出功率達80 mW·m?2，經歷15000次循環后仍保持穩定性。在大鼠實驗中，貼片成功將呼吸與肢體運動轉化為可監測的電信號，并通過藍牙實現遠距離實時傳輸，展現出其在運動監測與電刺激治療中的適用性。

圖2 自供能貼片的機械能采集與無線傳感能力

  PCG₄/PU敷料展現出優異的生物相容性，與L929細胞共培養后存活率超95%。施加摩擦電刺激可顯著促進細胞遷移，18小時后遷移細胞數為對照組3倍。同時，該敷料對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌均具有優異的抗菌性能，細菌存活率低于20%。

圖3 自供能貼片的生物相容性與抗菌分析

  基于大鼠壓瘡模型，PCG/PU自供能貼片展現出顯著的治療潛力。實驗通過缺血再灌注循環成功建立壓瘡模型，并驗證了該貼片無生物毒性與致敏性。治療結果顯示，PCG/PU電刺激組傷口愈合速度最快，第7天愈合率約75%，第14天達95%，促進創面進入增生期并加速表皮再生、增強膠原沉積，改善膠原重塑。同時，免疫熒光顯示電刺激顯著促進了CD31、α-SMA和VEGF等血管生成標志物的表達，有效推動血管新生與毛囊再生，最終實現高質量傷口修復與組織重塑。

圖4 壓瘡創面模型治療效果評價與組織形態學分析

  隨后的轉錄組分析顯示PCG/PU貼片電刺激引起504個差異表達基因，其中225個上調、279個下調。這些基因顯著富集于免疫調節與組織再生相關通路，并伴隨電壓門控鈣通道與ERK信號通路的激活。同時，治療下調了IL-6等促炎因子。結果表明，該治療通過協同調控促再生與抗炎雙重機制，有效推動傷口愈合進程。

圖5 基因轉錄組分析

  由于PCG凝膠與PU骨架的纏繞交聯結構，PCG/PU貼片展現出優異的彈性恢復能力，可承受300次壓縮循環且滯后顯著降低。基于優異的彈性性能，貼片的輸出電壓可隨施加壓力線性增加，從而對低、中、高風險壓力進行區分。在實際應用中，貼片可貼附于人體肩胛、髖部等多個壓瘡高發區域，實時監測不同體位下的壓力強度與持續時間。當壓力超過閾值或持續過久時，系統可觸發警報，提醒患者調整體位，為壓瘡的早期預防與風險評估提供了有效手段。

圖6 自供能貼片的抗疲勞性及對壓瘡姿勢的傳感監測

  論文共同第一作者為博士生唐瑞、傅雅君，通訊作者為尹波教授、劉宸辰副研究員，四川大學為唯一通訊單位。該研究成果得到了國家自然科學基金、中國博士后科學基金、國家資助博士后研究人員計劃、先進高分子材料全國重點實驗室優秀青年人才等項目的資助。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsnano.5c16624