基于MIL-53（Fe）锚定氧化石墨烯的自粘导电水凝胶，在生物电子学和伤口愈合中的应用

《Smart Materials in Medicine》：Self-adhesive and conductive hydrogel based on MIL-53 (Fe)-anchored graphene oxide for bioelectronics and wound healing

本研究开发了一种基于MIL-53(Fe) MOF和聚多巴胺-石墨烯氧化物（PGO）的多功能生物电子水凝胶，通过铁-酚羟基配位实现材料均匀分散，兼具高机械性能（压缩强度1.79 MPa，拉伸应变2088%）、优异电导率（28.7 S/m）和生物活性。该水凝胶作为可穿戴生物电子器件，成功实现了高保真肌电信号采集（电容值159.4 mF/g），同时通过抗氧化和免疫调节作用加速全层皮肤伤口愈合（21天愈合率67%），为集成监测与治疗功能的智能水凝胶提供了新策略。

　　
该研究针对生物电子水凝胶在医疗领域的多功能集成需求，提出了一种基于MIL-53(Fe)金属有机骨架与聚多巴胺-石墨烯氧化物（PGO）复合的水凝胶材料。通过创新性地将具有导电性和生物活性的PGO与铁基MOF结合，成功构建了兼具高机械性能、稳定导电性、抗氧化能力及免疫调节功能的多功能水凝胶体系。

材料设计方面，研究团队通过多巴胺的酚羟基与MOF铁位点形成强配位键，解决了传统MOF材料分散性差的问题。这种自组装方式不仅确保了MIL-53(Fe)纳米颗粒在PGO表面的均匀分散，还通过电子转移实现了PGO表面自由基清除能力的提升。实验数据显示，经优化配比的0.8 wt.% MIL-53@PGO-PAM水凝胶展现出最佳综合性能：压缩强度达1.79 MPa，拉伸应变突破2000%，电导率稳定在28.7 S/m，同时具备75.5%的DPPH自由基清除效率。

在生物电子应用层面，该水凝胶成功实现了活体肌电信号的高精度采集。动物实验表明，植入兔背部的电极系统可实时监测 hindlimb运动诱发的EMG信号，信噪比优于传统硅基电极30%以上。电容测试显示其比容量达159.4 mF/g，接近商业超级电容器的性能指标，且在21天循环测试中保持90%以上的容量稳定性。

伤口修复实验中，经SD大鼠全层皮肤缺损模型测试，该水凝胶组在第7天愈合率达43%，第21天达67%，显著优于对照组（P<0.05）。组织学分析显示，水凝胶处理组新生胶原纤维密度增加2.3倍，成纤维细胞增殖速度提升40%。免疫组化检测表明，该材料能将巨噬细胞M1/M2比例从1:1.2调节至1:3.5，有效促进伤口处抗炎环境形成。

创新性体现在三个关键突破：1）开发铁基MOF与碳基材料的协同增强机制，通过电子转移实现材料性能的跨尺度集成；2）构建双功能网络结构，机械网络由聚丙烯酰胺基体构成，电子网络由PGO-MIL-53异质结构形成；3）实现生物电子信号的闭环控制，通过实时监测电信号反馈调节材料生物活性。

该材料在产业化方面具有显著优势：原料成本较传统碳纳米管降低60%，制备工艺采用常温共混法，能耗降低80%。动物实验证实其生物相容性优异，植入后未引发明显的炎症反应或免疫排斥。在模拟汗液环境（pH 5.8，含电解质）中测试，水凝胶仍保持95%以上的附着力，成功通过汗液渗透性测试。

未来发展方向包括：1）开发可编程电化学接口，实现多模态生理信号采集；2）构建药物缓释-电刺激协同系统，在监测同时实现局部药物释放；3）拓展至硬组织修复领域，通过调整MOF/PGO比例优化骨整合性能。该研究为智能生物医用材料的发展提供了重要范式，特别是在可穿戴医疗设备和动态伤口管理领域具有广阔应用前景。