球盟会(中国)

针对上述问题，中国科研实验室大学欧阳涵副教授团队、清华大学李舟教授团队、国家纳米科学中心陈春英院士团队开发了一种葡萄糖供能电子绷带（GEB），将电纺聚合物基底、自组装MXene（Ti₃C₂）导电网络和酶级联反应整合为完全可降解的软质、轻量、透气设计，利用伤口渗出液中的内源性葡萄糖产电，降低局部血糖并恢复内源性EF，指导细胞迁移、重编程巨噬细胞极化并促进血管生成，实现闭环伤口愈合。该策略在糖尿病小鼠皮肤伤口、猪全层皮肤缺损和小鼠肠道损伤模型中均得到验证，建立了“内源性葡萄糖供能共生生物电子”新范式。该文章于2026年6月10日以《Restoration of endogenous electric fields with a glucose-powered symbiotic bioabsorbable bandage for diabetic wound healing》为题发表于《Science Advances》（DOI：10.1126/sciadv.aed9445）。

图1. 葡萄糖供能生物可吸收软电子绷带加速糖尿病伤口愈合的示意图。(A) GEB顺利获得葡萄糖供能产生电能以增强伤口内源性EF的示意图。(B) 具有MXene纳米限域结构的阴极和阳极放大图，以增强酶活性。(C) GEB在糖尿病溃疡伤口上的应用，说明感染伤口愈合和肠道组织修复。(D) GEB顺利获得抗菌、抗炎、再上皮化和血管生成介导愈合的机制。(E) 具有可定制电极形状以适应伤口几何形状的GEB照片。

(1) GEB的设计、结构与理化性能表征

该GEB由电纺聚己内酯（PCL）纤维基底、掩模辅助喷涂的MXene/葡萄糖氧化酶（MX-GOx）阳极和MXene/Pt（MX-Pt）阴极构成。PCL基底最大应变约800%，弹性模量与皮肤及商用Tegaderm敷料相当，水蒸气透过率（WVTR）为89.5 g/m²·hour，确保透气性与适度保湿。MXene修饰后表面接触角从99°降至19°，利于吸收伤口渗出液。SEM显示PCL多孔纤维表面形成均匀MXene纳米片层，边界清晰。PFM测得纳米片厚度约2 nm；TEM显示Pt纳米颗粒均匀分散于MXene表面；XRD显示特征峰6.3°对应层间距约1.49 nm，氧化后略增至1.52 nm，表明层间通道保持开放。DFT计算证实MXene纳米限域效应可增强O₂吸附并降低四电子还原吉布斯自由能垒。电化学测试显示，GEB在5–20 mM葡萄糖下开路电压从140 mV升至350 mV，功率密度随之增加；在生理条件（10 mM葡萄糖，37°C，pH 7.4）下可稳定运行至少6天，保持初始电压60%以上。H₂O₂加速氧化降解实验证实MXene组分可逐步氧化溶解，最终仅余PCL纤维基底；ICP-MS显示Ti负载约2 mg，Pt仅约0.9 μg，Li残留接近检测限。

图2. GEB的基本性能表征。(A) PCL的径向和轴向应力-应变曲线。(B) GEB与常规伤口敷料的WVTR比较。(C) GEB界面的SEM图像，显示MXene的平行堆叠结构。(D) 喷涂MXene与PCL基底之间的清晰边界。(E) MXene纳米片的压电力显微镜表征和高度轮廓。(F) MXene纳米片表面Pt纳米颗粒的均匀分布。(G) PCL和PCL/MXene复合材料的XRD图谱。(H) 受限和非受限MXene/Pt结构模型。(I) 受限Pt纳米团簇催化氧还原的反应路径。(J) 不同限域条件下Pt位点对O₂的吸附能比较。(K) 阴极和阳极酶促反应示意图。(L) 阴极CV曲线显示对O₂还原的催化活性。(M) 阳极CV曲线显示对葡萄糖氧化的催化活性。(N) GEB在不同浓度葡萄糖PBS溶液中的电压输出。(O) GEB的功率密度。(P) 溶液中时间依赖性电压曲线。

(2) GEB的生物相容性、促血管生成活性与抗菌性能

活/死染色显示HaCaT细胞在GEB表面培养3天后活力良好，无明显细胞毒性；CCK-8证实1–3天吸光度与对照组相当并随时间递增。MXene溶液在1 mg/mL浓度下仍保持优异细胞相容性。溶血率均低于5%，符合国际安全阈值。HUVECs管腔形成实验显示GEB组分支数、总分支长度和连接点显著增加，提示促血管生成活性。SD大鼠皮下植入后ICP-MS显示3周时血液和多数器官Ti、Pt水平仅轻微升高，肾脏Pt显著升高（P<0.01），Li几乎无变化，证实短期安全性。抗菌实验显示，GEB对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率分别达86.7%和90.7%；SEM显示GEB表面细菌出现明显皱缩和膜融合。甲基紫指示剂证实GEB顺利获得催化葡萄糖氧化产生ROS，破坏细菌膜结构。

图3. GEB的细胞生物相容性和抗菌性能。(A) 不同材料的活/死细胞染色。(B) CCK-8法分析细胞活力。n.s.，无统计学意义。(C) 内皮细胞管腔形成实验。(D) (C)中对应的Nb分支数和总分支长度。(E) GEB抗菌机制示意图。(F) 不同材料及GEB培养的大肠杆菌（E.c）和金黄色葡萄球菌（S.a）菌落代表性图像。(G) PCL、MXene和GEB上金黄色葡萄球菌（黄色）和大肠杆菌（绿色）的SEM图像。(H) 不同材料的细菌杀灭效率。

(3) GEB促进糖尿病小鼠皮肤伤口愈合

在STZ诱导的糖尿病小鼠全层皮肤缺损模型中，GEB组伤口表面呈现“外正内负”的电位分布，平均伤口电位约140 mV，显著高于PCL组（70 mV）和反向GEB组（GEB-R，-60 mV），且在治疗期间持续维持。第9天GEB组残余伤口面积仅29.9%，显著小于TD组（53.8%）、PCL组（53.8%）和GEB-R组（51.1%）。H&E和Masson染色显示GEB组再上皮化更完整、肉芽组织更厚、炎症浸润减少、胶原沉积更致密。定量分析显示GEB组肉芽组织厚度（P=0.0379）、新生表皮长度（P=0.0032）和胶原体积分数均显著优于对照。免疫荧光显示GEB组CD31+微血管密度和VEGFA表达显著升高；M1巨噬细胞（CD68+/CD86+）比例从对照的62%降至34.7%，M2巨噬细胞（CD206+/CD68+）从7.6%升至36.6%，提示炎症微环境显著改善。外周血分析显示GEB组淋巴细胞比例升高、中性粒细胞降低，主要器官未见病理异常。

图4. 糖尿病小鼠模型中的皮肤伤口修复。(A) 糖尿病小鼠皮肤伤口修复的实验图像和示意图。d，天；RNA-seq，RNA测序。(B) 第0天不同组伤口电位的三维（3D）分布图。(C) 不同实验组伤口电位在一定时间内保持稳定。(D) 治疗过程中伤口电位监测。(E) 不同治疗模式下伤口照片。比例尺，5 mm。(F) 开放伤口闭合率的定量分析。(G) 第9天昆明小鼠伤口的H&E染色。每组取三张独立图像。红色三角形标记伤口边缘。(H) 第16天猪伤口的Masson染色。每组取三张独立图像。(I) 不同组的肉芽组织（GT）厚度。(n = 3)。(J) 不同组再生表皮长度（n = 3）。(K) 第16天表皮（EP）厚度。(L) 第16天胶原体积分数。(M) 第9天不同组CD31免疫荧光染色。(N) 第九天CD31阳性染色定量分析。(O) 第九天VEGFA阳性染色定量分析。(P) 第9天不同组CD68、CD86和CD206免疫荧光染色。(Q) (P)中CD86+/CD68+细胞比例的定量分析。(R) (P)中CD206+/CD68+细胞比例的定量分析。

(4) 转录组学揭示GEB促愈合的分子机制

术后第6天伤口组织转录组测序显示，GEB与TD组相比有709个上调和405个下调基因，PCA和Venn图显示显著转录差异。热图和火山图 highlighting 关键基因如Osm、Arg1、Sprr2f、Ccl3、Ptgs2、Vegf、Tgfa等，涉及炎症调控、血管生成、上皮增殖和细胞外基质重塑。KEGG和GO富集分析表明，差异基因主要参与PI3K-Akt、MAPK、VEGF、JAK-STAT、Notch、NF-κB等信号通路，以及细胞因子-细胞因子受体互作、TNF、NOD样受体等免疫相关网络。GSEA进一步验证这些通路协同调控细胞迁移、新生血管形成、上皮再生和免疫稳态。qPCR证实Mapk1、Akt1、Pik3ca、Tgfβ1、Egf、Pdgfa、Fgf1、Egfr1、Col1等增殖、血管生成和胶原合成关键调控因子显著上调。

图5. 第6天伤口组织的转录组分析。(A) 显示PCL和GEB组差异表达基因（DEGs）重叠的Venn图。(B) 说明组间转录差异的PCA。(C) Ctrl和GEB组DEGs的热图。(D) GEB组相对于Ctrl组差异表达基因的火山图，上调基因（红点）和下调基因（蓝点）。FC，倍数变化。(E) GEB与Ctrl比较中DEGs富集的京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路气泡图。(F) GEB与Ctrl比较中DEGs富集的GO通路气泡图。(G) 修复相关信号通路和生物学过程的基因集富集分析（GSEA）。NES，标准化富集评分。(H) 顺利获得实时qPCR测量的糖尿病伤口组织中相对mRNA水平（每组n = 3个生物学独立样本）。

(5) GEB在糖尿病猪模型中的促愈合功效

在糖尿病巴马小型猪全层皮肤缺损模型（直径15 mm）中，GEB组第10天伤口面积降至68%，而PCL和MXene组约88%；第20天GEB组伤口接近完全闭合，PCL和MXene组分别残留31%和34%。第15天激光多普勒血流成像显示GEB组灌注率最高。H&E染色显示第20天GEB组表皮陆续在完整，PCL和MXene组仍有未覆盖区域；新生表皮厚度接近正常皮肤。Sirus red和Masson三色染色显示GEB组胶原纤维更致密、排列更有序，接近正常皮肤结构。定量分析证实GEB组表皮长度、肉芽组织宽度和胶原体积分数均显著优于对照。安全性评价显示各组主要器官未见病理异常，血常规参数稳定。

图6. 糖尿病巴马小型猪体内伤口修复效果。(A) 体内研究设计示意图。(B) 不同治疗组小型猪糖尿病伤口的代表性图像。(C) 不同治疗组猪的体内伤口闭合率。n = 3个生物学独立样本。(D) 第20天不同治疗组伤口的代表性H&E染色图像。红色三角形表示伤口边缘，黑色三角形表示新生表皮（NE）。(E) 第20天不同治疗组伤口的Sirus red染色图像。(F) 第20天不同治疗组伤口表皮长度的定量分析（n = 3个生物学独立样本）。(G) 第15天不同治疗组伤口肉芽组织宽度的定量分析。(H) 不同治疗组胶原体积分数的定量分析。

(6) GEB修复糖尿病小鼠肠道伤口及微生态调控

针对5 mm肠道纵向切口，团队设计了平行蛇形双电极绷带，涂覆明胶甲基丙烯酰（GelMA）水凝胶层可在10秒内牢固粘附。与PCL组相比，GEB组术后90分钟内局部葡萄糖浓度从约22 mM迅速降至约7 mM。第0天记录到约100 mV初始输出，第14天电压输出更趋稳定，表明电极-组织界面随愈合改善而稳定。所有动物均实现完全闭合且无渗漏。H&E显示GEB组绒毛结构良好、上皮覆盖陆续在，杯状细胞数量显著增加且分布均匀；Chiu评分显著低于其他组。16S rDNA测序显示GEB组肠道菌群组成与健康小鼠最接近，PCoA显示组内聚类良好、组间分离清晰；α多样性无显著差异。在属水平，GEB组产丁酸菌（Roseburia、Butyricicoccus、Collinsella、Oscillibacter）显著富集，提示其顺利获得短链脂肪酸代谢促进黏膜能量供应和上皮修复。

图7. 糖尿病小鼠模型中的肠道伤口修复。(A) 使用缝合和GEB进行体内肠道缺损修复研究的示意图。(B) 肠道缺损修复程序的代表性图像，图像来源于fig.S12A。(C) GEB植入后立即（第0天）测量肠道电位。(D) GEB植入14天后测量肠道电位。(E) 肠道电位的定量分析。(F) 修复14天后肠道的代表性大体图像。(G) 缝合或GEB修复14天后肠道缺损的代表性H&E染色组织学图像。(H) 伤口部位杯状细胞定量。(I) 伤口部位绒毛数量定量。(J) 肠道损伤的组织学Chiu评分。(K) 肠道微生物群组成的主坐标分析（PCA）。(L) 基于扩增子序列变异（ASV）的微生物α多样性，使用Simpson指数评估。(M) 家族水平上肠道微生物家族的相对丰度。(N) 属水平上肠道微生物属的相对丰度。