第一作者：Rui Fang
通讯作者：张建法
通讯单位：南京理工大学
最近，南京理工大学张建法团队在《Materials Today Bio》期刊上发表了一种 AIE 活性聚乙烯醇/黄连素/血红滴酮智能水凝胶，用于无疤痕伤口愈合，并监测视觉 pH的文章。以感染、炎症失调和纤维化为特征的难愈合伤口仍是重要的临床挑战，这在慢性伤口（如烧伤和糖尿病溃疡所致伤口）中尤为明显。本研究采用物理自组装策略，将小檗碱和多糖血凝素共整合至聚乙烯醇基质中，制备出一种多功能水凝胶，该材料兼具抗菌活性、免疫调节功能及实时伤口pH监测能力。该水凝胶具有优异的机械稳定性，可适应动态伤口微环境。体外研究表明，该水凝胶能促进成纤维细胞迁移和血管生成，有效清除活性氧，并调控巨噬细胞向抗炎M2表型极化。在体内实验中，该水凝胶可加速兔耳瘢痕模型、糖尿病感染性伤口、烧伤伤口及混合细菌感染模型中的伤口闭合过程，同时降低细菌负荷、促进皮肤附属器再生，并减轻纤维化和瘢痕形成。值得注意的是，其聚集诱导发光特性可实现对伤口pH变化的可视化监测，为愈合过程中伤口状态提供直观反馈。本研究共同构建了一个集成诊断-治疗功能的水凝胶平台，并为无瘢痕伤口修复提供了材料设计范式。
要点一：材料构建采用物理自组装 - 冻融循环法；以聚乙烯醇 (PVA) 为基底，同步负载小檗碱 (BBR) 和多聚糖 Hemoadhican (HD)，制备出具有聚集诱导发光 (AIE) 特性的智能水凝胶 PVA/BBR/HD，三组分依靠氢键形成物理交联网络，无需化学反应，保留生物活性。
要点二：多功能一体化特性；水凝胶兼具抗菌、抗炎、抗氧化、促血管生成、调控胶原重塑功效；同时依托小檗碱 AIE 效应，可通过可见光 / 紫外光双模式可视化实时监测伤口 pH，手机 RGB 识别可定量 pH，检测稳定、响应快速，实现诊疗一体化。
要点三：多模型药效验证；在混合细菌感染创面、二度烧伤创面、糖尿病感染创面、兔耳瘢痕四大经典难愈伤口模型中均得到验证：可加速创面闭合、降低细菌负荷、调控巨噬细胞向 M2 抗炎表型极化、抑制纤维化与异常胶原沉积，促进皮肤附属器再生、实现无瘢痕修复。
要点四：分子机制与生物安全性；转录组测序表明水凝胶通过调控PI3K-Akt、JAK-STAT等通路，上调抗菌、血管生成、皮肤再生相关基因，下调炎症及促瘢痕基因；体外体内实验证实水凝胶无细胞毒性、溶血率极低、组织相容性良好，具备临床转化潜力。
图1. PVA/BBR/HD 水凝胶的表征
(a) 傅里叶变换红外光谱；(b1) X 射线光电子能谱全谱，PVA/BBR/HD-4 水凝胶的 (b2) C 1s、(b3) O 1s、(b4) N 1s 高分辨 XPS 谱图；(c) 不同 HD 含量制备的 PVA/BBR/HD 水凝胶扫描电镜图；(d) PVA/BBR/HD 水凝胶的压缩应力 - 应变曲线；(e) 80% 应变下的压缩应力 (n=3)；(f) 溶胀率；(g) 降解曲线；(h1) 储能模量 (G′) 和损耗模量 (G″) 随频率变化曲线 (0.1–100 Hz)；(h2) 循环应变扫描流变测试；(h3) 25–45℃变温储能与损耗模量；(h4) 不同配比水凝胶黏度随剪切速率 (0.01–1000 s⁻¹) 变化曲线；(i1) 可注射性测试示意图、(i2) 剪切变稀可注射性实物图；(j) 水凝胶良好的可打印与书写性能实物图；(k) PVA/BBR/HD-4 水凝胶自平整性能实物图。统计学采用单因素方差分析 (*p<0.001)，误差棒代表标准差。
图2. PVA/BBR/HD 水凝胶光学性能
(a) 智能手机辅助 PVA/BBR/HD-4 水凝胶实时 pH 监测性能；可见光 (b) 与紫外光 (c) 照射下 R/(R+G+B) 值随 pH 的变化 (n=3)；(d) 紫外 - 可见吸收光谱与荧光发射光谱；PVA/BBR/HD-4 水凝胶在不同 pH 范围的光致发光光谱：(e1) 5–8、(e2) 4.5–6.5；(f) 发射波长 575 nm 处荧光强度与 pH 的拟合关系；PVA/BBR/HD-4 水凝胶对 (g1-2) 大肠杆菌、(g3-4) 金黄色葡萄球菌的抗菌活性图片及定量分析 (n=3)。统计学采用 t 检验，ns 表示无显著差异。
图3. PVA/BBR/HD-4 水凝胶体外生物学效应
(a) 实验分组示意图；(b) 人脐静脉内皮细胞成管实验及定量分析 (n=3)；(c) NIH-3T3 成纤维细胞迁移实验及定量分析 (n=3)；(d1) RAW264.7 细胞内活性氧清除能力 (n=3)；RAW264.7 细胞炎症相关基因表达：(d2) IL-6、(d3) IL-10、(d4) TNF-α；L929 细胞胶原相关基因表达：(e1) I 型胶原、(e2) III 型胶原 (n=3)；(f) PVA/BBR/HD-4 水凝胶介导无瘢痕伤口愈合的作用机制。单因素方差分析 (*p<0.05、**p<0.01、***p<0.001)，ns 无显著差异，误差棒为标准差。
图4. PVA/BBR/HD-4 水凝胶在细菌感染创面模型的体内评价
(a) 金葡菌 + 大肠杆菌混合感染创面模型构建及治疗时间线示意图；(b) 创面代表性实物图；(c) 创面闭合趋势示意图；(d) 治疗后创面组织菌落计数；(e) 愈合过程创面面积定量、(f) 小鼠体重变化 (n=6)；(g) 愈合后皮肤组织拉伸力学测试 (n=3)；愈合过程 (h1) 白细胞计数、(h2) 中性粒细胞水平 (n=6)；(i) PVA/BBR/HD-4 处理感染创面的局部 pH 变化 (n=6)。单因素方差分析 (*p<0.05、**p<0.01、***p<0.001)，误差棒为标准差。
图5. PVA/BBR/HD-4 水凝胶在烧伤创面模型的体内评价
(a) 二度烧伤模型构建及治疗时间线示意图；(b) 创面代表性实物图；(c) 创面闭合轨迹、(d) 创面面积定量 (n=6)；治疗第 7 天创面组织 mRNA 表达：(e) IL-6、(f) IL-10、(g) TGF-β1、(h) TGF-β3 (n=3)；第 7 天创面组织 (i) CD31 免疫组化、(j) 免疫荧光染色及定量分析；第 14 天创面组织 (k) HE 染色、(l) 马松三色染色、(m) 天狼星红染色及定量分析。单因素方差分析 (*p<0.05、**p<0.01、***p<0.001)，误差棒为标准差。
图 6：PVA/BBR/HD-4 水凝胶加速小鼠全层糖尿病创面愈合
(a) PVA/BBR/HD-4 水凝胶应用于糖尿病创面愈合的示意图；(b) 创面代表性实物图；(c) 创面愈合进程示意图；(d) 治疗后创面组织菌落计数；(e) 愈合过程创面面积定量 (n=6)；(f) PVA/BBR/HD-4 处理糖尿病创面的局部 pH 变化 (n=6)；治疗第 7 天创面组织 mRNA 表达：(g) TNF-α、(h) Arg-1、(i) TGF-β1、(j) TGF-β3 (n=3)；第 7 天创面组织 (k) 免疫荧光染色、(l) CD31 免疫组化。单因素方差分析 (*p<0.05、**p<0.01、***p<0.001)，误差棒为标准差。
图 7： 不同水凝胶处理糖尿病创面组织的组织学与免疫荧光分析
第 14 天创面组织 (a) HE 染色、(b) 马松三色染色、(c) 天狼星红染色、(d) 活性氧免疫荧光染色及定量分析 (n=3)。单因素方差分析 (*p<0.05、**p<0.01、***p<0.001)，误差棒为标准差。
图8：糖尿病创面组织转录组测序分析 (n=3)
(a) 转录组数据集相关性分析；(b) 差异基因火山图、(c) 差异基因热图；(d) 基因本体 (GO) 富集分析、(e) KEGG 通路富集分析；(f) PVA/BBR/HD-4 水凝胶促进无瘢痕伤口愈合的分子机制图。
该研究通过物理自组装冻融法成功制备了多功能 PVA/BBR/HD 智能水凝胶，该水凝胶具备优异的机械稳定性、可注射性、自修复性、适配创面的溶胀与降解性能。体外及体内实验证实：该水凝胶可强效抗菌、清除活性氧、调控炎症微环境、促进巨噬细胞向 M2 表型极化、加速血管新生与成纤维细胞迁移，同时调控 I/III 型胶原比例、抑制纤维化与瘢痕增生。
在细菌感染、烧伤、糖尿病慢性创面、兔耳瘢痕多种难愈伤口模型中，水凝胶均可显著加快创面闭合、提升皮肤附属器再生质量、修复皮肤正常组织结构与力学性能；依托小檗碱的 AIE 特性，还可实现伤口 pH可视化实时原位监测，直观评估愈合状态。
综上，PVA/BBR/HD 水凝胶构建了诊疗一体化智能平台，适用于多种难愈创面的高质量无瘢痕修复，为难愈伤口敷料及智能生物医用材料的设计提供了新范式与新思路。
全文链接：https://doi.org/10.1016/j.mtbio.2026.103224
参考文献：An AIE-active polyvinyl alcohol/berberine/hemoadhican smart hydrogel for scarless wound healing with visual pH monitoring Rui Fang, Simeng Chen, Qiaozhen Liu , Mingxiong Zhang, Xi Xu, Jianfa Zhang .2026.DOI：10.1016/j.mtbio.2026.103224
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