糖尿病患者术后伤口愈合面临严峻挑战：大面积伤口难以愈合、感染风险高、组织再生能力受损，同时伴随血糖控制不佳、血液循环障碍及神经病变等问题。传统疗法常因无法动态适应复杂生理环境而疗效有限，且依赖外部电源或有创操作，进一步增加患者风险。
南京大学宁兴海教授、周安维博士、徐郁蕊博士团队受电鳗生物电器官启发，成功研发出“形状自适应组织响应粘附贴片”（STRAP）。该绷带集生化粘附、光热响应和压电刺激于一体，通过压电纳米发电机（BTO-np）和光热材料（BP-ns）嵌入功能化纤维基质，形成三层仿生结构。STRAP能快速止血、抑制细菌感染、促进血管神经再生，并在猪肝止血模型、糖尿病鼠/兔伤口模型中验证了其动态适应能力，为术后恢复提供综合解决方案。
STRAP模仿电鳗多层电解器官结构：顶层和底层为压电材料BTO-np与光热材料BP-ns共混的聚己内酯纤维（PCL-NHS），中间层为纯BP-ns纤维。扫描电镜显示纤维均匀分布（平均直径1.56 μm），X射线衍射证实BP-ns（特征峰16.9°、26.5°）和BTO-np（31.1°、44.9°）成功嵌入。三层设计使电输出强度可通过层数灵活调节，适应不同临床需求。
图1 电鳗启发的生化-光热-压电协同生物电机械绷带 (A) 糖尿病术后伤口愈合的临床挑战；(B) STRAP的仿生设计：多层结构整合BTO-np和BP-ns；(C) STRAP治疗机制：通过声应力转化电能促进细胞活动。
图2 STRAP制备与表征 (A) 顺序静电纺丝制备流程；(B) BP-ns与BTO-np粒径分布；(C) 纳米材料电镜图像；(D) 纤维膜形貌；(E) 红外光谱；(F) X射线衍射谱；(G) 差示扫描量热曲线；(H) 比表面积分析；(I) 应力-应变曲线；(J) 拉伸强度对比；(K) 循环拉伸稳定性。
光热实验表明，STRAP在808 nm激光（1.0 W/cm²）照射下15秒升温至60℃，触发PCL熔化并与组织胺基共价结合，粘附强度达17.96 kPa（比对照组高40%）。压电测试显示其电压常数d33达13.17 pC/N，超声刺激（40 mW/cm²）可产生251 mV电压。在猪肝出血模型中，STRAP联合光照使失血量降至0.12 g（对照组1.38 g），关键机制在于熔融态纤维形成密封屏障并激活凝血。
图3 物理特性与止血性能 (A,B) 光热升温曲线；(C) 猪皮粘附效果；(D) 粘附强度测试示意；(E) 粘附应力曲线；(F) 压电常数测量；(G) 电压分布模拟；(H,I) 超声发电性能；(J) 肝损伤止血模型；(K,L) 失血量定量。
STRAP+超声组促进小鼠胚胎成纤维细胞迁移能力提升3倍（Transwell实验），细胞增殖率超对照组40%。免疫调节实验表明，超声驱动的电刺激使巨噬细胞M2极化标志物IL-10和TGF-β1表达量翻倍，同时通过压电催化产生活性氧（ROS），5分钟内对金黄色葡萄球菌灭活率达97.83%。
图4 生物活性分析 (A,B) 细胞相容性；(C) 细胞粘附形态；(D) 细胞迁移实验；(E) 划痕愈合；(F) 细胞增殖曲线；(G) 巨噬细胞形态；(H) 免疫因子表达；(I,J) 抗菌效果；(K) 超声灭菌率。
在糖尿病小鼠全层皮肤缺损模型中，STRAP+超声治疗组3天伤口闭合率达79%（对照组40%），7天达98%。免疫荧光显示CD31+血管密度增加2倍，神经再生标记β3-Tubulin表达提升3倍。转录组分析（图6）证实STRAP上调1630个促修复基因（如血管生成因子），下调1393个炎症基因（如Toll样受体通路）。
图5 糖尿病伤口愈合疗效 (A) 治疗机制示意图；(B) 伤口愈合过程；(C) 闭合率统计；(D) 血管/神经再生标记；(E) 荧光强度定量；(F) 组织切片（H&E染色）；(G) 伤口宽度与血管计数；(H) 炎症成像；(I) IL-6水平；(J) 巨噬细胞标记；(K) M2极化定量；(L) 细胞因子水平。
图6 转录组分析 (A) 主成分分析；(B) 基因表达韦恩图；(C) 差异表达基因火山图；(D) 基因本体富集；(E) KEGG通路分析；(F) 组织再生相关基因热图。
在糖尿病小鼠盲肠磨损模型中，STRAP覆盖组14天粘连评分为0（对照组达3.2），大鼠和兔模型验证了零粘连效果。关键机制在于：光热粘附形成物理屏障，压电刺激上调TGF-β1抗炎因子（2倍）并降低TNF-α表达。胃损伤模型进一步证实其预防胃-肝粘连的有效性。
图7 防粘连性能（小鼠模型） (A) 作用机制；(B,C) 体内外电压输出；(D) 植入荧光追踪；(E) 盲膜植入示意；(F) 粘连对比；(G) 粘连评分；(H) 粘连组织染色；(I) IL-6水平；(J) TGF-β1/TNF-α mRNA表达。
图8 防粘连性能（大鼠/兔模型） (A) 大鼠植入示意；(B) 肠道粘连对比；(C) 粘连评分；(D) 组织染色；(E,F) 免疫荧光定量；(G) 兔植入示意；(H) 粘连表型；(I) 评分；(J) 组织学分析；(K,L) 因子表达。
STRAP通过仿生设计实现了止血、抗感染、促再生和防粘连的四重功能协同，其完全生物降解特性避免了二次手术风险。相比传统防粘连膜（如Seprafilm），STRAP的光热-压电主动调控能力开创了动态适应伤口微环境的治疗新模式。该研究彰显了自然灵感驱动医学革新的巨大潜力，为糖尿病等难愈性伤口管理提供全新范式。
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