DOI: 10.1021/acsnano.3c03087

由于缺乏足够的弹性和应变传感能力，基于蛋白质的超细纤维组织工程支架虽然有利于皮肤修复，但难以实现愈合过程中的现场伤口监测。在此，本研究设计了具有三层结构的高弹性玉米蛋白超细纤维智能支架，用于未包装状态下的运动跟踪。通过引入高活性环氧树脂，有效地建立了密集交联的蛋白质网络，使纤维基材在湿润状态下具有宽范围的拉伸性（360%的拉伸范围）和超高弹性（99.91%的恢复率）。在聚多巴胺粘合层的帮助下，在蛋白质纤维上构建了银导电传感层，使支架具有较宽的应变传感范围（264%）、高灵敏度（灵敏系数高达210.55）、较短的响应时间（<70ms）、可靠的循环稳定性和持久的使用寿命（长达30天）。未包装的智能支架不仅可以支持细胞生长并加速伤口闭合，还可以跟踪皮肤和体内运动，并在伤口过度变形时触发警报。上述特征不仅证实了这些智能支架在组织重建和伤口监测中的巨大应用潜力，还证明了使用各种植物蛋白超细纤维作为柔性生物电子器件的可能性。

图1.玉米蛋白纤维基支架的弹性和交联度。（a）柠檬酸（CA-25）和EGDE（ZE/EGDE-20-3）改性支架的拉伸（200%应变）和恢复状态。（b,c）CA和EGDE交联（XL）及非交联（UXL）支架在75%乙醇中长达24小时的溶解状态和速率。（d,e）支架的弹性恢复和瞬间弹性恢复。方差分析（n＞3，*p＜0.05）。

图2.DA改性时间对PDA涂覆和Ag镀层ZE/EGDE超细纤维支架（ZE/EGDE-20-3）的形态和导电性的影响。（a,b）SEM图像和插图显示用DA改性0至24小时的PDA-ZE/EGDE和Ag-PDA-ZE/EGDE支架。（c）DA改性12小时的Ag-PDA-ZE/EGDE支架的x射线衍射图。（d）Ag-PDA-ZE/EGDE支架的初始电阻。

图3.Ag-PDA-ZE/EGDE智能支架的应变传感性能。（a）DA处理时间对相对电阻变化与施加应变的影响。（b）图像和示意图显示，在0至130%的拉伸条件下，通过DA处理12小时的支架的导电层上的裂纹扩展。（c）在100%应变下，DA处理时间对灵敏系数的影响。（d）智能支架的响应时间。（e）五次循环期间，应变从30%逐步降低到5%时的相对电阻变化。（f,g）随着向内或向外弯曲以及每侧5次的循环弯曲的相对电阻变化（弧长变化：5mm）。插图：弯曲模式和弧长的示意图。

图4.智能支架的体外和体内运动跟踪研究。（a-c）手指、手腕和肘部的运动跟踪。（d）在SD大鼠身上进行应变传感测试的数字图像，伤口处植入了智能支架。（e）植入后第1天和第14天，在静止和应变模拟下记录的信号。（f）报警设置和拉伸测试的电路图及照片。

图5.降解对智能支架性能的影响。（a-c）培养长达80天的智能支架的形态变化、重量损失和最大稳定输出周期。（d,e）用30%的循环应变对预孵育的智能支架进行30和80天的耐久性测试。插图：所选时间段的特写。方差分析（n＞3，*p＜0.05）。

图6.智能支架的细胞相容性。（a）细胞在纯玉米蛋白、CA改性、EGDE交联玉米蛋白超细纤维支架和智能支架上2天的增殖情况。（b）不同操作条件下智能支架上的细胞增殖（对照：未通电；C5-15：通电5至15次；C&M 5-15：拉伸和通电5至5次，2秒/次）。（c）在是否通电和拉伸的情况下，智能支架上的细胞分布和细胞骨架发育（蓝色：细胞核；红色：F-肌动蛋白）。

图7.体内伤口愈合评估和组织学分析。（a）用纱布、商用Aquacel Ag膜和智能支架治疗2周后大鼠背部伤口的照片。（b）伤口边界的变化。（c）14天内闭合伤口面积的百分比。（d,e）通过H&e染色和Masson染色处理伤口的组织学分析（黑色矩形：新肉芽组织；蓝色矩形：新表皮；黑色箭头：毛囊；橙色椭圆：胶原沉积）。方差分析（n＞3，*p＜0.05）。