文献前沿丨Adv. Mater.：基于辐射冷却纤维敷料的湿度触发发电用于加速创面愈合

随着慢性创面治疗需求增加，具有持续电刺激和温度调控功能的智能敷料受到关注。现有自供能创面治疗材料主要依赖压电、摩擦电和湿度发电机制。然而，在高温环境下，水分快速蒸发会降低材料的湿度梯度从而削弱发电性能，同时这类材料难以有效调控创面局部热环境。为解决这一问题，本文提出了一种辐射冷却与湿度驱动发电相互结合的零能耗创面敷料。该敷料由上层聚乳酸/聚乙烯（PLLA/PE）辐射冷却纤维层和下层明胶/PLLA/MXene异质短纤维湿电支架（NS-MX）组成。其中，PLLA/PE层通过引入聚乙烯颗粒增强太阳光反射和中红外发射，使其具有约98%的太阳反射率和约93%的中红外发射率，并在户外太阳辐照条件下实现约10℃降温效果。NS-MX支架利用明胶吸湿膨胀、MXene离子传输以及PLLA压电效应产生湿度驱动电信号，在吸收生理盐水后可输出约120 mV的开路电压和12 μA的电流。辐射冷却层通过降低创面局部温度并减少水分蒸发，维持了湿度发电过程的稳定性，进一步促进了电刺激治疗和创面修复。动物实验结果表明该敷料可降低炎症反应，促进血管生成和胶原沉积，并在大鼠和猪全层皮肤缺损模型中加快伤口愈合。该研究通过结合辐射冷却和湿度驱动发电，为零能耗智能创面管理材料提供了一种新的设计策略。相关工作以Moisture‑triggered electricity generation via radiative cooling fiber‑based dressings for accelerated wound healing - lu - advanced materials为题发表在Advanced Materials期刊。

文章首先提出了一种由PLLA/PE辐射冷却纤维层和明胶/PLLA/MXene湿电支架组成的零能耗创面敷料，实现了创面热管理与自供能电刺激协同调控（图1）。随后本文研究了PLLA/PE层的光学调控性能，通过引入PE颗粒增强太阳反射和中红外发射，实现了约10℃户外降温效果（图2）。本文接着分析了NS-MX支架的湿度发电机制，明胶吸湿、MXene离子传输和PLLA压电效应共同提升了电输出性能，实现约120 mV开路电压和12 μA电流输出（图3）。随后通过细胞实验验证了材料的生物相容性及电刺激作用，表明该敷料可调节炎症反应并促进血管生成和细胞迁移（图4）。之后，本文在大鼠模型中验证了其促进胶原沉积和创面闭合的效果（图5），并通过转录组分析揭示其调控PI3K/AKT相关信号通路的修复机制（图6）。最后，在猪全层皮肤缺损模型中进一步验证了该敷料的促愈合效果（图7）。

图1辐射冷却湿电敷料的设计与工作机制。(a)敷料的制备与结构：上层为PLLA/PE辐射冷却层，下层为由明胶、PLLA和MXene组成的短纤支架NS-MX。(b) CE敷料的工作机制：器件通过水解产生的自由离子、压电效应和非对称介电常数设计产生湿气诱导电能，同时利用太阳反射和中红外热辐射实现降温与保湿，并通过抗炎、促进血管生成和激活PI3K通路等作用促进创面愈合。

图2 PLLA/PE的结构与物理性能。(a)采用静电纺丝制备PLLA/PE膜。(b) PLLA/PE膜实物图，比例尺= 5 cm。(c)降温测试装置示意图。(d)不同纤维直径0.2–2.0 μm时，PLLA纳米纤维在0.3–2.5 μm波长范围内的归一化散射效率模拟。(e) PLLA/PE电子显微镜图像。(f) PLLA/PE与纱布的透气性比较，样本量n= 3。(g)阳光直射下PLLA/PE组、纱布组和开放组的水分质量损失，用于表征保湿性能。(h)相同厚度PLLA与PLLA/PE纺丝膜的反射率比较。(i)相同厚度PLLA与PLLA/PE纺丝膜的发射率比较。(j)不同厚度PLLA/PE纺丝膜的反射率比较。(k)不同厚度PLLA/PE纺丝膜的发射率比较。(l)–(n)不同太阳辐照强度下PLLA/PE膜冷却功率的模拟。(o)不同太阳辐照强度下PLLA/PE膜的最大净冷却功率。(p) PLLA/PE的太阳反射光谱（断轴前左轴）和中红外发射光谱（断轴后右轴）。(q)入射太阳功率。(r)低于环境温度的降温性能测试，2025年3月2日，30°C，上海市嘉定区。(s)小鼠温度跟踪模型。(t)阴天与晴天的太阳辐照度，阴天为2025年9月4日，28°C，上海市嘉定区；晴天为2025年9月5日，29°C，上海市嘉定区。(u)阴天条件下小鼠敷料降温曲线。(v)晴天条件下小鼠敷料降温曲线。

图3支架的制备过程与表征。(a)湿气发电支架的关键制备步骤。(b)各支架的光学照片，比例尺= 4 cm。(c)各支架在不同放大倍数下的SEM图像。(d) NS与NS-MX的吸水率。(e) NS与NS-MX的吸水膨胀率。(f) NS与NS-MX的吸水循环。(g) NS与NS-MX的拉曼光谱。(h) NF的压电性能。(i) NS-MX润湿过程中滴水时的电流变化，箭头表示滴水。(j)随含水量增加NS-MX的电压变化，箭头表示滴水。(k)三个不同NS-MX样品的开路电压Voc和短路电流Isc重复性实验。(l) NS-MX吸水并稳定后的Voc、Isc和理论功率Ptheo曲线。(m) NS-MX发电机制模拟。(n) NS-MX与NS的模拟湿电电势。(o)纯明胶支架Gel、NS和NS-MX吸水并稳定后的电压。

图4 材料的细胞实验。(a) 细胞实验示意图。(b) Control空白组、Gauze组、PLLA/PE组和NS-MX组分别培养6 h、1天和3天后的CCK-8细胞增殖统计分析。(c) 不同组提取物培养条件下的细胞活/死分析。(d) 不同组人脐静脉内皮细胞HUVEC活性统计。(e) Control组与NS-MX组的iNOS免疫荧光。(f) Control组与NS-MX组的Arg1免疫荧光。(g) iNOS与Arg免疫荧光统计分析。(h) HUVEC与不同条件处理的巨噬细胞条件培养基共培养2 h和4 h后的血管生成图像。(i–k) 2 h和4 h成管实验中分支总长度、网状结构数量和连接数的统计分析。(l) Control组与NS-MX组HUVEC中P-PI3K、PI3K、P-AKT和AKT的代表性蛋白质印迹结果。(m–o) 相应蛋白水平、比值及mRNA表达的定量分析。(p) 不同组细胞划痕实验。(q) 细胞划痕实验统计图。(b–d)、(g)、(i–k)、(m–n)、(q) 数据以至少3次独立实验的均值和标准差表示。显著性标记为ns：p> 0.05；*p< 0.05；**p< 0.01；***p< 0.001；未标注者为ns。样本量n= 3。

图5 室外日照条件下的体内创面愈合研究。(a) CE敷料在日照下加速创面闭合的示意图，包括电刺激方向与极性。(b) 不同处理组在第0、3、7、14天的创面照片及创面轮廓，比例尺 = 5 mm。(c) 不同组第7天和第14天创面样本的HE染色与Masson染色图像。(d) CD31、CD68、COL1和TNF-α免疫荧光染色。(e) 不同组在第0、3、7、14天的相对创面面积。(f) 不同组在第0、3、7、14天的创面愈合长度。(g) 胶原含量统计。(h) 炎症细胞计数统计。(i–l) 不同组CD31、CD68、COL1和TNF-α免疫荧光定量。(e–l) 数据以至少3次独立实验的均值和标准差表示。显著性标记为ns：p> 0.05；*p< 0.05；**p< 0.01；***p< 0.001；****p< 0.0001；未标注者为ns。图中所有统计的样本量n= 3。

图6创面RNA测序分析。(a–c)各实验组相对于对照组显著上调和下调基因分布的火山图。(d–f)各组与凋亡通路及PI3K/Akt信号通路相关差异表达基因的KEGG弦图，对比组名称分别与(a)–(c)对应。(g-i)各组KEGG通路富集分析，突出显示与组织再生、炎症调控和代谢相关的显著富集通路，对比组名称分别与(a–c)对应。(j)不同材料组P-AKT与PI3K免疫荧光图像，以及Caspase3免疫组化染色。(k)–(m) P-AKT、PI3K和Caspase3表达的定量分析。显著性标记为ns：p> 0.05；*p< 0.05；**p < 0.01；***p< 0.001；****p< 0.0001；未标注者为ns。图中所有统计的样本量n= 3。

图7 猪模型验证。(a) 不同类型敷料处理猪创面的示意图。(b) 创面闭合率统计图。(c) 不同敷料处理后各时间点的猪创面愈合图像。(d) 第7天Col-1、Col-3和α-SMA的代表性免疫荧光染色图像，绿色荧光表示阳性表达。(e) 不同时间点猪创面切片的Masson染色图像。(f) 不同时间点猪创面切片的HE图像。(g) 不同时间点各组创面胶原含量。(h) 不同时间点各组开放创面长度。(i–k) 第7天Col-1、Col-3和α-SMA表达的定量分析。显著性标记为ns：p> 0.05；*p< 0.05；**p< 0.01；***p< 0.001；****p< 0.0001；未标注者为ns。图中所有统计的样本量n= 3。

小结：综上所述，本文开发了一种集辐射冷却与湿度发电双重功能于一体的智能伤口敷料。该敷料通过异质结构设计和压电增强机制，有效利用了创面的组织液实现湿度驱动发电。压电与辐射冷却功能的巧妙整合，不仅能有效延缓湿电发电机在水分饱和后性能衰减的风险，还能在阳光直射和高温的户外环境下尽可能维持创面周围的润湿环境。通过结合冷却与电刺激，能够有效抑制炎症反应并促进组织再生（包括胶原蛋白、血管和神经），显著提高创面的愈合效率。本研究提出了一种简单的零能耗创面环境管理策略，通过整合热、湿和电调控方式，实现了对创面环境的调节并加快了创面的修复速度，为智能创面敷料的设计提供了一种新的方案。

论文信息：J. Lu, J. Mao, H. Tu, et al. “ Moisture‑Triggered Electricity Generation via Radiative Cooling Fiber‑Based Dressings for Accelerated Wound Healing.” Advanced Materials (2026): e75140. https://doi.org/10.1002/adma.75140

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