診室里，復旦大學附屬口腔醫院主任醫師韋曉玲正對著患者資料沉思。由于口腔環境的特殊性，有些患者的口腔黏膜一旦出現傷口就很難痊愈，而反復施加藥物又可能會導致耐藥性以及不可預知的副作用。
“口腔環境異常潮濕，還經常從外界‘帶來’細菌，傷口很容易就感染發炎了。發炎的時候，就像手機沒信號，修復傷口的細胞都找不到該往哪跑。”她想到，“如果能開發出一種既滿足口腔環境苛刻需求，又能為傷口添加‘信號標記’的材料，是否就能解決傳統治療的弊端？”
同一時間，復旦大學未來信息創新學院教授、生物醫學工程與技術創新學院副院長張榮君正在橢圓偏振光譜儀前開展光電薄膜實驗。深耕光學和光電子、微電子材料與器件研究近三十年，張榮君也在尋找光電材料更多的應用場景，讓實驗室多年積累的成果服務于國民生活。
偶然的一天，兩人在復旦大學醫工交叉平臺遇到，一拍即合，合作隨即展開。四年后，一種基于雙步光誘導構建的“內源性電場治療”口腔黏膜傷口水凝膠敷料在實驗室誕生。這款特殊材料不僅簡化了水凝膠敷料制備流程，還可以通過日常咀嚼在傷口界面上產生“微電場”，有效消除炎癥，促進細胞的增殖遷移，顯著加快傷口的愈合。近日，這項醫工交叉研究成果發表于《光：科學與應用（英文）》。
“玩轉”界面微電場
已有研究表明，人體傷口周圍會自然產生微弱電流，像GPS信號般引導細胞遷移，促進傷口的修復。
在口腔中也不例外。口腔黏膜傷口的愈合過程受到界面微電場調控，依賴于其引導下的細胞遷移和增殖。但傷口的炎癥等并發狀況就像一塊“絕緣膠布”，硬生生切斷了這關鍵的“導航系統”，導致傷口久治不愈。
“內源性電場治療”策略應運而生——通過引入具備光電、壓電或熱電特性的納米發電材料，與傷口敷料復合，在傷口局部自發產生微電場，從而糾正因炎癥等導致的電場紊亂，同時避免藥物引發的不良反應，加速組織修復。
雙方團隊經過大量調研，發現基于壓電材料構建復合水凝膠是在口腔中實現“粘得住”和“治得好”的最佳途徑。
“顧名思義，壓電材料就是通過施加壓力能夠產生電場的材料。在口腔中，不斷的咀嚼運動給壓電材料提供了絕佳的施展空間。”張榮君解釋道，“水凝膠則具有良好生物相容性與可調控性能。”
然而，壓電材料和水凝膠分別屬于無機納米發電材料和有機聚合物，兩者間界面不兼容、不同成分合成條件不一致，常需分別改性后再組裝，增加了工藝復雜度與能耗。
“要構建這樣的復合水凝膠，就像是蓋一個摩天大樓，打鋼筋、配混凝土、壘磚等步驟都需要逐步進行，否則會互相影響，導致整個時間線都會因為某一步流程而拉長。”張榮君表示。
結合在多年科研工作中形成的“直覺”，張榮君很快找到了一個“突破口”——通過材料的結構設計實現復合水凝膠敷料的“集成構建”。
說干就干！張榮君和論文一作、復旦大學電子信息專業博士研究生方紹鈞對大量壓電材料構建復合水凝膠的研究進行了調研分析。
有一天，師徒二人正像往常一樣討論著通往“集成構建”的可能通道，不經意地望向實驗室一隅，墻上貼滿了課題組過去的工作成果。
“電”“光”火石之間，他們突然想到，如果對光電和壓電雙特性的材料進行改性處理，充分調動材料的多維性能，既通過“光電”催化功能組分的合成，又憑借“壓電”促進口腔傷口的愈合，豈不是同時實現了簡便的材料制備和高效的疾病治療？
用光“3D打印”
“傳統水凝膠敷料合成如同組裝樂高，先造好各個零件再拼接，有的‘零件’還需要紫外催化、烘干等一系列繁瑣的操作。我們要挑戰的是‘用光當3D打印機’，讓材料在水凝膠中自動成型。”張榮君說道。
團隊首先鎖定了多功能無機材料氧化鋅，由其承擔“治病大夫”和“組裝”水凝膠功能組分的雙重功能。方紹鈞介紹，氧化鋅屬于寬帶隙半導體，既是極為經典的壓電材料之一，也是紫外光電探測領域的“常客”，同時被廣泛應用于化妝品、牙科治療中。
鹽酸多巴胺則被選中為被“組裝”的功能單元，聚合后形成的聚多巴胺是出色的涂層和生物粘附材料。“鹽酸多巴胺是傳統合成中的‘X因素’。”方紹鈞補充道，“而傳統合成中的堿性、紫外輻照以及對應的離心、干燥過程都是實現‘集成構建’的關鍵阻力。”
找準了“元件”，下一步就是“組裝”了。
通過“光”構建的設想非常新穎，但如何“對癥下藥”真正實現既滿足口腔使用環境的實際需求，又有效提升構建的簡便性呢？
研究團隊以材料內部的氧空位缺陷為切入點。張榮君解釋道，這些微米乃至亞納米級別的空缺，就像一個個臺階，讓內部的電子能夠更輕易“往上爬”，從而獲得活性。氧空位同時能夠吸附水和氧氣，使氧氣與活性電子反應形成活性氧。“活性氧像一張無形的‘大手’，把周圍的鹽酸多巴胺‘抓住’，再‘揉合’成氧化鋅表面一層薄薄的聚多巴胺。”張榮君說道。
值得一提的是，氧化鋅和聚多巴胺界面之間能夠形成一條電子“通道”，讓光產生的電子能夠源源不斷地繼續催化水凝膠中鹽酸多巴胺的聚合。由此，僅需在室溫簡單靜置，水凝膠內部的聚多巴胺即可自發均勻形成，實現了復合水凝膠的“集成構建”，解決了傳統合成“分步構建-混合”帶來的冗長實驗流程和能源消耗。
張榮君比喻：“就像曬日光浴會讓皮膚變黑，光照讓材料自動完成內部3D打印一般的魔法變身。”
團隊將這一特殊的水凝膠命名為PPPZ。實驗測試結果證實，制備得到的水凝膠體現了出色的濕粘附性、柔韌性以及自修復性，能夠滿足口腔復雜使用環境帶來的嚴苛要求。
醫工結合帶來新思路
在參與這項研究過程中，方紹鈞經歷了研究方向的轉變。從信息技術到醫工交叉，不僅是知識庫的更新，更是科研習慣的轉變，方紹鈞坦言：“經歷了無數次嘗試和失敗。”
讓他堅持下去的，除了“這是一項有趣的研究”，更在于團隊之間的通力合作。
依托復旦大學醫工結合的科研平臺，張榮君團隊和韋曉玲團隊將光學工程、材料科學、電子信息與生物醫學工程有機融合。
“不同研究方向之間總會有著千絲萬縷的聯系，讓我在思考問題時也會有多維度的思考方式和解決思路。”方紹鈞說道。
因此，當張榮君和方紹鈞順利在實驗室中制備得到水凝膠，驗證了用“光”構建的可行性后，驗證“電”帶來的治療效果是否符合預期的體內實驗很快進行。
團隊以大鼠頰黏膜全層缺損模型大鼠為研究對象，并設置了不同氧化鋅濃度的組別進行實驗。
接下來團隊每天都要去實驗室檢查大鼠口腔中的傷口。第三天，商用敷料組和1% PPPZ組的愈合率相似且均優于其它組。到第十天，只有1% PPPZ 組的黏膜完全愈合且無瘢痕，表現出了最佳的恢復情況。
進一步實驗結果表明，1% PPPZ 處理的傷口組織呈現有序的膠原蛋白沉積，并存在散在血管結構的形成，表明其處理的傷口組織重塑良好，是當之無愧的“好大夫”。
“愈合的秘密自然藏在分子層面。”韋曉玲介紹，PPPZ通過激活PI3K/AKT（磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B）通路促進細胞增殖與血管生成，即敷料產生的微電場激活了細胞內的PI3K/AKT信號通路，并上調了CD31等血管生成因子的表達。
“我們把PPPZ提高修復效率的機制形容為‘細胞對講機’，就像給細胞群發了加班費，大家干活特別賣力。”張榮君笑道。
張榮君同時指出，此項研究融合了材料合成與生物醫學應用，以簡潔策略實現高性能水凝膠構建，為后續相關研究與臨床轉化提供了全新思路。
“未來，我們將進一步立足臨床需求，深化多學科融合，提出原創性解決方案，推動醫工協同的高質量發展，力求實現成果的產業化落地與臨床廣泛應用，服務國家戰略與區域健康需求。”張榮君表示。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41377-025-01837-7
本文鏈接：他們“玩轉”界面微電場，解決口腔傷口難愈問題http://m.sq15.cn/show-11-21217-0.html
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