新型 BC/Ti3C2Tx-MXene 复合水凝胶：加速伤口愈合与实时监测的新希望

为解决伤口愈合材料难题，研究人员开发 BC/Ti3C2Tx-MXene 复合水凝胶，其在伤口护理和监测方面潜力巨大。

　　在现代医学中，伤口愈合是一个备受关注的重要课题。想象一下，当皮肤受伤后，我们不仅希望伤口能够快速愈合，还期望在愈合过程中能实时了解伤口的状况。然而，现有的伤口愈合材料却存在诸多问题。传统的生物聚合物制成的伤口敷料，如藻酸盐、胶原蛋白和壳聚糖等，虽然具有一定的生物相容性，但机械强度较低，难以满足实际需求。而细菌纤维素（BC）作为一种天然聚合物，具有出色的机械强度、高保水能力和良好的生物相容性，本应是理想的伤口愈合材料，但它自身无法导电，这使得它在影响电敏感细胞行为方面存在局限。因此，开发一种新型的伤口愈合材料迫在眉睫。

为了解决这些问题，国外研究人员开展了一项极具意义的研究。他们致力于开发基于还原细菌纤维素（BC）和 Ti₃C₂T_x-MXene 的电活性水凝胶，并对其进行特性表征，探索其在伤口愈合和实时监测方面的潜在应用。该研究成果发表在《BMEF (BME Frontiers)》上。

研究人员在研究过程中运用了多种关键技术方法。首先是材料的合成技术，通过特定的步骤合成 BC 和 Ti₃C₂T_x-MXene，并制备出 BC 薄膜和 BC/Ti₃C₂T_x-MXene 复合水凝胶薄膜。其次是材料的表征技术，利用 X 射线衍射（XRD）、X 射线光电子能谱（XPS）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、热重分析（TGA）等多种分析方法，对复合水凝胶薄膜的结构、化学和热性能进行深入研究。此外，还运用了机械性能测试技术、生物相容性测试技术等，从多个角度评估复合水凝胶薄膜的性能。

下面来看看具体的研究结果：

• 机械性能：研究发现，MXene 的加入显著提高了复合水凝胶薄膜的机械强度。在压缩测试中，纯 BC 薄膜的最大应力值约为 0.3MPa，而含有 1wt% MXene 的 BC/MXene 复合薄膜最大应力值可达 0.8MPa，含有 2wt% MXene 的复合薄膜最大应力值更是达到 1.2MPa 左右。拉伸测试也得到了类似的结果，这表明 MXene 的含量增加，复合水凝胶薄膜的机械强度显著提升。
• 接触角和吸水能力：BC 薄膜具有最高的吸水能力，约为 500%，随着 MXene 比例的增加，复合水凝胶薄膜的吸水能力下降，BC/MXene（1%）和 BC/MXene（2%）复合薄膜的吸水能力分别约为 300% 和 320%。在接触角方面，所有样品的接触角随时间下降，即水凝胶表面随时间变得更湿润。纯 BC 薄膜的初始接触角约为 90°，BC/MXene（1%）复合薄膜初始接触角约为 100°，BC/MXene（2%）复合薄膜初始接触角约为 110°，这表明 MXene 的添加使水凝胶表面初始更疏水，但最终都会因与水接触而变得更湿润。
• 导电性：BC 本身不导电，而 BC/MXene 复合水凝胶薄膜的导电性随 MXene 比例增加而提高，其中 BC/MXene（2%）薄膜具有最高的导电性，达到 9.14×10^?4 S/cm，这一特性使其在实时监测方面具有巨大潜力。
• FTIR 分析：FTIR 光谱显示，BC/MXene 复合薄膜的光谱包含了 BC 和 MXene 的特征峰，证明了两种成分在复合材料中成功结合并共存，揭示了其化学结构特征。
• TG-DTA 分析：热重分析（TGA）和差热分析（DTA）结果表明，MXene 的添加提高了 BC 的热稳定性。纯 BC 在约 300°C 时出现严重失重并发生热分解，而含有 MXene 的复合薄膜失重起始温度更高，且随着 MXene 含量增加，失重百分比降低，这意味着复合水凝胶薄膜能在更高温度下保持稳定。
• SEM 和 TEM 分析：扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）图像显示，BC 具有随机且致密的纳米纤维网络结构，MXene 可均匀分布在 BC 基质中，位于表面和孔壁，这种微观结构对理解复合材料的性能和功能至关重要。
• XRD 分析：XRD 图谱表明，BC/MXene 混合物的图谱呈现出 BC 和 MXene 特定峰的组合，反映了其晶体结构和成分特征。
• XPS 分析：XPS 光谱分析显示，BC/MXene（2%）复合薄膜光谱包含了 BC 和 MXene 的特征峰，且峰强度和形状受两种成分相互影响，为理解复合薄膜表面化学提供了重要信息。
• 体外生物相容性和细胞系：细胞实验结果显示，低比例 MXene（1%）的添加可提高 BC 薄膜的生物相容性和细胞活力，BC/MXene（1%）样品在第三天和第七天的细胞活力最高。同时，该样品的细胞粘附率也最高，但高比例（2%）的 MXene 添加会对细胞活力和粘附产生负面影响。此外，BC 基复合薄膜的溶血率均低于 5%，表明其具有良好的血液相容性。

综合研究结论和讨论部分，这项研究意义重大。BC/Ti₃C₂T_x-MXene 复合水凝胶薄膜展现出了作为电子皮肤贴片加速伤口愈合和实现实时监测的重要潜力。其独特的机械耐久性、导电性和生物相容性的结合，为先进的伤口护理应用带来了新的希望。虽然研究发现 MXene 对细胞增殖可能存在抑制作用，尤其是在高比例添加和长期培养时，但细胞仍能维持产生关键蛋白质的能力，这表明通过优化 MXene 浓度和复合特性，有望进一步提升该材料在生物医学领域的应用潜力，特别是在需要长期接触的组织工程应用，如皮肤贴片中，它有望提供安全有效的解决方案，为未来伤口愈合和组织工程领域的发展开辟新的道路。