智能纖維技術的發展為功能紡織品、醫療健康、複合材料和智能可穿戴等領域帶來了新的機遇。纖維材料改性國家重點實驗室（bevictor伟德官网）的先進功能材料課題組提出了“多材料-多界面-多功能”的智能纖維設計思路，在單根纖維（器件）中，同時實現多種光、力、磁、電學功能。2024年以來成果已發表在Science、Matter、Device、Science Advances、Nature Communications（3篇）、Advanced Materials（2篇）、ACS Nano（2篇）等期刊。近日，團隊聯合上海交通大學醫學院附屬第六人民醫院、同濟醫院、上海工程技術大學、同濟大學附屬養志康複醫院等單位專家合作探索了智能纖維在組織工程和再生醫學中的應用潛力，開發了一種可吸收、自放電的新型手術縫合線，相關研究成果以《A bioabsorbable mechanoelectric fiber as electrical stimulation suture》為題發表在Nature Communications。bevictor伟德官网纖維材料改性國家重點實驗室、bevictor伟德官网博士生孫周權為第一作者，上海交通大學醫學院博士生金越凡為共同第一作者，bevictor伟德官网王宏志教授、侯成義研究員和上海交通大學醫學院附屬第六人民醫院王慧教授、李林鵬老師為共同通訊作者。

（論文發表網頁）

這種體内可吸收、自發電進行生物電刺激的新型手術縫線（BioES-suture）由生物相容的聚合物與金屬材料通過多層同軸結構構成，不僅具備超越商用縫線的力學性能、在體内可安全降解和吸收，此外，該縫線在縫合部位微小的肌肉收縮-舒張過程中可産生伏級的生物電刺激，用于強化創面處内源性電場，從而實現了加速傷口愈合、降低感染風險的作用。這項工作展示了智能纖維在生物醫學領域的應用潛力。

（BioES-suture治療術後切口的理念及纖維材料設計）

（BioES-suture在體内體外的發電特性）

該研究中，首先驗證了BioES-suture在液體環境中的發電能力，證實了其體内植入的可行性。通過聚合物材料與纖維微觀結構設計，使其在機電轉換過程中産生負電位刺激，有利于促進細胞基因表達。COMSOL模拟也進一步揭示了BioES-suture在縫合區域内沿創面方向可産生大于100 mV/mm的電場強度，足以對創面施加穩定有效的電刺激。

細胞實驗結果表明，在電刺激組中，NIH 3T3細胞可在24 h内實現高效遷移，明顯快于對照組。定量分析也證實，暴露于電刺激的細胞表現出更高的遷移率。孵育72h後，電刺激組的Ki67陽性細胞比例和相對熒光強度均顯著高于對照組。這表明BioES-suture提供的電刺激增強了細胞增殖和遷移，從而有望促進傷口愈合。

（BioES-suture提供的電刺激對成纖維細胞行為的影響）

（BioES-suture在體内加速傷口愈合的驗證）

動物實驗結果表明，BioES-suture縫合的傷口處組織再生明顯加快，肌肉組織也未顯示出明顯的纖維化，證實了BioES-suture在促進急性創面組織再生和修複方面的有效性。通過對促進愈合的相關生長因子和信号通路的分析，進一步闡述了其中的機制：首先，BioES-suture沿内源性電場方向産生外加電場進行電刺激，增強了三種生長因子在創面部位的分泌；其次，電刺激下生長因子的表達增強，上調PI3K/Akt/mTOR和MAPK信号通路，從而促進細胞遷移、增殖和ECM沉積，加速傷口愈合。同時，大鼠感染傷口模型驗證了BioES-suture潛在的抗菌性能，這表明BioES-suture電刺激可能通過促進免疫細胞（如巨噬細胞和淋巴細胞）向感染部位聚集，從而改善局部免疫反應或直接抑制細菌的生長，改善創面微環境，促進愈合，減少感染的發生，從而降低術後感染風險。

（BioES-suture加速傷口愈合機制和抗感染效果）

該研究已經進入臨床試驗階段，未來，團隊将繼續聯合開發更先進的診療一體化智能縫合線，為智慧醫療提供新的解決方案，并進一步拓展智能纖維的應用領域。

文章鍊接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-52354-x

英國《衛報》（The Guardian）報道：https://www.theguardian.com/science/2024/oct/08/scientists-surgical-stitch-sutures-electrically-stimulate-wound-aid-healing

美國電氣電子工程師學會旗艦雜志《IEEE Spectrum》報道：https://spectrum.ieee.org/electroceuticals

英國物理學會科學新聞媒體《物理世界》（Physics World）報道：https://physicsworld.com/a/electrical-sutures-accelerate-wound-healing/