皮膚作為身體最大的器官和抵御外界的屏障，很容易因外傷而受損，通常需要傷口快速愈合。然而，局部高溫作為損害皮膚的因素之一，會導(dǎo)致氧化應(yīng)激并擾亂傷口的環(huán)境，導(dǎo)致炎癥并最終抑制傷口修復(fù)。因此，維持傷口的熱環(huán)境對于促進傷口組織再生至關(guān)重要。目前，各種類型的傷口敷料（如紗布、泡沫和水凝膠）已被廣泛研究用于加速傷口愈合；然而，這些敷料不具有被動熱調(diào)節(jié)功能。例如，雖然敷料可以幫助傷口在近乎理想的條件下愈合，但一旦暴露在陽光下，哪怕是很短的時間（愈合期間的常見情況），傷口的局部環(huán)境就會過熱（>40?°C），導(dǎo)致愈合受損。因此，有必要探索一種新的敷料設(shè)計，即使在室外高溫條件下也能保持傷口理想的熱舒適性。
日間輻射冷卻（DRC）——通過大氣透明窗口（8–13μm）自發(fā)向外層空間輻射熱量（3?K），同時強烈反射太陽輻照度（太陽光譜?=?0.3–2.5?μm）——最近為陽光下被動冷卻開辟了一條重要途徑。因此，開發(fā)基于DRC的傷口敷料可以為解決陽光下傷口過熱問題提供有效的方法。過去幾年，各種DRC材料，如薄膜、冷卻木材、織物和白色涂料，在陽光下表現(xiàn)出了優(yōu)越的被動冷卻性能。然而，在開發(fā)基于 DRC 的傷口愈合敷料時，還需要考慮一些額外的要求。首先，理想的敷料需要具有生物相容性和弱酸性，因為它直接與皮膚接觸。需要良好的水蒸氣滲透能力以避免傷口周圍過度潮濕。此外，防止外部微生物的入侵對于確保傷口健康愈合至關(guān)重要。
成果簡介
近日，南京大學(xué)朱嘉、朱斌和武漢紡織大學(xué)徐衛(wèi)林等人提出了一種基于聚酰胺6/絲素蛋白雙層的日間輻射冷卻（DRC）敷料，該敷料能夠在陽光照射下顯著降低皮膚傷口的溫度。
圖|用于陽光下局部傷口環(huán)境管理的DRC敷料的結(jié)構(gòu)設(shè)計及其工作機制示意圖
該新型的傷口敷料，它不僅能夠應(yīng)對日常的傷口保護需求，還能夠在戶外陽光照射的特殊環(huán)境下發(fā)揮作用。這種敷料的設(shè)計靈感來源于自然界中的輻射冷卻現(xiàn)象，即通過特定的材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計，使得物體能夠?qū)崃恳暂椛涞男问接行У厣l(fā)到外部空間，從而實現(xiàn)冷卻效果。研究團隊通過電紡技術(shù)制備了這種敷料，利用聚酰胺6的中紅外透明性質(zhì)和絲素蛋白的生物相容性，實現(xiàn)了高中紅外輻射率（約0.94）和陽光反射率（約0.96），在直射陽光下能夠?qū)崿F(xiàn)比環(huán)境溫度低約7°C的冷卻效果。
圖|DRC敷料的結(jié)構(gòu)和物理性能
實驗結(jié)果表明，DRC敷料在降低傷口溫度方面表現(xiàn)出色，這對于減少陽光照射引起的炎癥反應(yīng)至關(guān)重要。DRC敷料通過維持適宜的局部溫度，有助于減輕炎癥反應(yīng)，從而為傷口愈合創(chuàng)造了一個更加有利的環(huán)境。微生物感染是導(dǎo)致傷口愈合失敗的主要原因之一，而DRC敷料能夠有效阻擋細菌的侵入，降低感染風(fēng)險。同時，適當?shù)乃止芾韺τ诰S持傷口床的適宜環(huán)境和促進愈合同樣重要。DRC敷料通過其獨特的納米纖維結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了良好的水分透過性，避免了傷口過度濕潤或干燥，從而有利于傷口的愈合。
圖|DRC敷料的輻射冷卻性能測量
在對小鼠全厚度皮膚損傷進行修復(fù)的研究中，使用DRC敷料的傷口愈合速度明顯加快，與商業(yè)敷料相比，顯示出更佳的愈合效果。此外，DRC敷料還展現(xiàn)出良好的抗菌屏蔽性能和水分透過性，能夠有效阻擋金黃色葡萄球菌和大腸桿菌等微生物的侵入，同時保持傷口適度的濕度，為傷口提供了理想的局部熱環(huán)境。
圖|DRC敷料治療日光下全層損傷的療效評價
研究還通過RNA測序分析了DRC敷料促進傷口修復(fù)的分子機制。結(jié)果顯示，DRC敷料能夠上調(diào)與皮膚再生相關(guān)的關(guān)鍵基因表達，如Shh、Epgn、Etv4、Sox21等，同時下調(diào)與免疫系統(tǒng)激活和氧化應(yīng)激相關(guān)的基因表達，如Tlr9、Trim30d、Nos1等。這表明DRC敷料通過降低傷口的熱負荷，抑制炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激，從而加速傷口愈合。
圖|DRC敷料處理傷口的RNA測序
小結(jié)
該研究成功開發(fā)了一種新型的日間輻射冷卻敷料，通過其獨特的光學(xué)特性和生物相容性，為陽光下傷口的快速愈合提供了一種有效的解決方案。DRC敷料不僅能夠有效降低傷口溫度，避免過熱引起的炎癥，還能夠抑制氧化應(yīng)激，促進傷口的再生和修復(fù)。這項工作不僅為傷口管理提供了新的策略，也為極端或多變環(huán)境下的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用提供了設(shè)計靈感。
盡管DRC敷料在促進傷口愈合方面展現(xiàn)出巨大潛力，但仍存在一些局限性和挑戰(zhàn)。例如，在寒冷的冬季，DRC敷料的冷卻效果可能會受到影響。此外，敷料與新生組織的粘附可能會在更換敷料時對傷口造成損傷。未來的研究可以探索將超疏水性皮膚友好材料整合到DRC敷料設(shè)計中，以解決這些問題。此外，DRC敷料的長期效果和安全性也需要進一步的臨床研究來驗證。
參考文獻：
Daytime radiative cooling dressings for accelerating wound healing under sunlight. Nature Chemical Engineering 2024.
https://doi.org/10.1038/s44286-024-00050-4
