这是一篇学术研究文章，发表在2024年8月14日的《Science Advances》期刊上，题为“Sprayable Biomimetic Double Mask with Rapid Autophasing and Hierarchical Programming for Scarless Wound Healing”（可喷涂仿生双层面膜，通过快速自分层和分级编程实现无瘢痕伤口愈合）。这项由杨毓鹤（Yuhe Yang）、索迪（Di Suo）、许天鹏（Tianpeng Xu）等研究人员主导的工作，主要来自香港理工大学、香港大学、苏州大学等机构。以下是对该研究的深入解析以及其在无瘢痕伤口治疗领域的科学意义的中文综述。

背景与研究意义

1. 背景说明

扩展性皮肤损伤（如烧伤手术后的清创伤、外伤引发的伤口等）一直是临床医学中的重大难题。这些伤口不仅形状不规则，还容易伴随严重的出血和感染风险，这必然会导致伤口愈合延迟和瘢痕形成。目前，临床上虽然采用了多种伤口敷料，如水凝胶（alginate与hyaluronic acid），这些材料能够模拟细胞外基质，维持湿润环境。但是，已有喷涂型水凝胶面膜存在的问题在于：缺乏对止血、湿度调控、透气性及伤口滋养的有效管理，同时面膜与组织的黏附能力不足，机械性能欠佳，往往难以满足伤口愈合的复杂需求。

2. 创新点及研究目标

该研究以人类表皮与真皮天然的分层结构为灵感，研发了一种可喷涂仿生双层面膜（Biomimetic Double Mask，简称BDM）。其设计核心在于利用快速“自动相分离”形成双层结构，上层为疏水性聚乳酸-聚丙二醇共聚物二甲基丙烯酸酯（poly (lactide-co-propylene glycol-co-lactide) dimethacrylate, 简称PLD），下层为亲水性甲基丙烯酰化明胶（GelMA），并通过光交联达到快速固化。研究目标是利用该系统实现分阶段的伤口愈合方案：从快速止血，到维持湿润、透气和无菌的环境，再到促进血管再生，最终实现无瘢痕愈合。

实验方法与研究流程

1. 双层结构的开发与优化

研究者研发了一种喷涂型材料，BDM下层使用经改性甲基丙烯酰化的GelMA，以在伤口中释放钙离子（Ca²⁺）促进止血；上层选择PLD作为保护层，PLD能够提供透气性、防止水分过度蒸发，并维护无菌环境。整体的“自动分层”依赖水/油分相原理，通过加入氯化钙（CaCl₂）调节水相张力。优化阶段测试了不同改性程度的GelMA和PLD，选择了具备最佳喷涂性能、机械性能与降解速率的材料组合进行实验。

• 机械性质与功能评估：测试显示，GelMA和PLD具备优良的拉伸性能（应变超过60%），符合表皮与真皮自然弹性的特性。GelMA降解速率快（14天内降解完成），适合推动伤口的早期愈合，而PLD耐久性更长，为下层材料提供保护。
• 喷涂性能验证：当混合喷涂GelMA与PLD时，它们可以在15秒内实现自然的双层分离，并在100秒内经蓝光固化形成强韧的双层膜。

2. 止血性能验证

快速止血是伤口治疗的首要阶段。研究通过体外实验模拟全血凝固测试，发现含有CaCl₂的GelMA能够显著缩短血凝时间（血凝时间缩短为约3分钟），增加红细胞与血小板的吸附量。此外，研究使用肝脏出血与尾部截肢动物模型，证明该体系可在2分钟内达到完全止血效果，其性能超过目前的商业纤维蛋白胶。

3. 湿润环境与抗菌环境的构建

• 湿润控制与透气：湿度保持测试显示，BDM能够长效维持超过70%的水分，适应性水蒸气转移率（WVTR）为80~85 g/h·m²，处于理想范围。
• 抗菌性能验证：BDM顶层通过集成抗菌剂三氯生（Triclosan, TCS）实现广谱抗菌，TCS的逐步释放可持续14天，有效抑制金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的增殖。
• 抗污染性能：通过蛋白质吸附实验发现，PLD的疏水性极大降低了凝胶表面污染的可能性。

4. 血管再生功能测试

在伤口愈合的增生阶段，营养和血管再生是关键。研究表明，GelMA降解后可以释放L-精氨酸，与Ca²⁺共同促进一氧化氮（NO）合成，激活cGMP/PKG与Wnt/Ca²⁺信号通路，进一步调控血管生成。体外实验中，处理后的内皮细胞（HUVECs）显示显著促进的细胞迁移及毛细血管状结构形成，其分支点数量相比对照增加了约3.2倍。

主要研究成果

1. 加速愈合与无瘢痕化的皮肤模型验证

研究团队通过感染的全层皮肤创伤模型验证了BDM的治疗效果。在感染而愈合困难的环境中，BDM不仅明显加速了创口闭合过程，而且有效减少了炎症反应和瘢痕形成。组织染色分析确认，由BDM治疗的伤口多表现出纤维胶原沉积、连续的表皮再生及毛囊再生，而瘢痕化指标（Col-I/Col-III）显著降低。

2. 机制解析与信号通路调控

通过转录组学分析，研究揭示了BDM在伤口愈合过程中对TNF-α炎症途径的抑制作用，以及对cGMP/PKG和Wnt/Ca²⁺信号通路的调控机制。这些发现表明了BDM具备编排愈合级联反应（从炎症到增生阶段）的独特能力。

科学与应用价值

本研究提出了一种突破性方法，将可喷涂的仿生双层面膜集成了分步伤口愈合管理功能，在快速止血、防止感染、湿润环境保持及血管再生方面实现全面优化。该项目同时强调了面膜的简单操作性与生物相容性，适用于紧急情况与大创面伤口治疗。相比传统伤口敷料（如Integra敷料），BDM具有更长效、更优异的机械性能与伤口适应性。

未来，随着技术进一步成熟，BDM有望进入临床，为烧伤患者、手术后患者及其他复杂伤口患者提供高效、低成本的治疗选择。同时，该研究丰富了仿生材料在皮肤组织工程领域的理论基础，为未来皮肤创伤医疗提供了新的模式与方向。