东北林业大学李坚院士团队在期刊ENGINEERING Biomass发表题为“Wood Woundplast for High-efficiency Chronic Wounds Healing”的研究性文章。该文章报道了以天然木材为多孔骨架，引入聚乙烯醇（PVA）水凝胶和植物源姜黄素，开发出一种兼具柔韧性、抗菌、抗炎和创面组织修复的木材创可贴，为生物医用材料及创面敷料设计提供了新思路。
慢性伤口由于其复杂的愈合机制、较高的感染风险以及持续的炎症反应已成为全球医疗体系面临的一大挑战。理想的敷料不仅需要提供物理保护，还应兼具渗出液管理、抗菌、抗炎等功能。传统纱布等敷料虽然成本较低、使用方便，但吸收血液和渗出液后容易黏附于伤口表面，更换时可能造成疼痛和二次出血。水凝胶及其他生物基敷料虽具有良好生物相容性和保湿性能，但仍普遍存在力学强度不足、制备过程复杂、药物释放速度过快等问题。木材具有天然的分级多孔结构，可用于液体传输和药物负载，但缺乏保湿、抗菌和抗炎等功能。
为了解决这一问题，研究人员采用氯化胆碱与乳酸的深共熔溶剂（DES）对木材进行温和处理，部分去除木质素和半纤维素，在保留天然三维孔道骨架的同时增加材料孔隙并暴露细胞壁中的活性羟基。随后将姜黄素负载于木材细胞壁和孔道中，并利用聚乙烯醇（PVA）水凝胶填充木材细胞腔及细胞间隙。纤维素、PVA和姜黄素形连续的三维氢键网络结构。得益木材骨架与三维氢键网络的协同增强，该敷料具有优异的拉伸性能，拉伸应变高达270%，并能够承受300次循环拉伸而不损坏，同时表现出良好的柔韧性，可紧密贴合皮肤表面及关节等活动部位。PVA的高含水网络能够维持湿润创面环境，减少因敷料干燥和粘连引起的继发性损伤，当创面渗出液进入木材孔道和水凝胶网络后，可通过水分交换促进姜黄素的持续释放，从而缓解传统载药敷料中药物快速释放的问题。释放的姜黄素可有效抑制大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌等常见致病菌，并显著降低IL-1β、IL-6和TNF-α等促炎因子的表达。与此同时，木材天然孔道有利于水分、营养物质和氧气传输，刺激细胞增殖和迁移，同时增强促血管生成因子的表达，从而显著加快伤口愈合和组织再生（图1）。
图1.木材创可贴的制备示意图。(A)材料微观结构示意图。(B)伤口的慢性愈合机制包括抗菌、抗炎和组织再生。
深共熔溶剂处理在保留木材天然孔道的同时改善了材料的可加工性。DES处理后，木材比表面积由0.7777 m2/g提高至1.1672 m2/g，半纤维素和木质素相对含量分别由25.78%和22.16%下降至18.01%和16.57%，纤维素相对含量由46.66%提高至61.51%。PVA进一步填充木材细胞腔和细胞间隙中，使收缩的细胞壁重新膨胀，并形成包覆木材骨架和姜黄素的柔性网络。Micro-CT结果证实了木材骨架与PVA填充相的连续三维分布，紫外吸收光谱表明，负载于木材孔道中的姜黄素能够通过水分交换有效释放（图2）。
图2.木材创可贴的微观特征。
（A-C）天然木材的扫描电镜图像。
（D）经DES处理木材的照片。
（E）和（F）经DES处理木材的SEM图像。
（G-I）木材创可贴的照片、横截面及纵向SEM图像。
（J）天然木材和经DES处理木材的FTIR光谱。
（K）木材创可贴的CT图像，显示PVA填充在木材细胞腔中。
（L）木材水凝胶（WH）和木材创可贴的紫外吸收光谱，显示姜黄素成功释放。
木材骨架与PVA水凝胶之间的协同作用显著提升了材料的力学性能。天然木材虽具有一定的承载能力，但其断裂伸长率仅为0.95%，经DES处理后提高至4.96%。纯PVA水凝胶虽然拉伸应变可达211.28%，但拉伸强度仅为0.060 MPa。相比之下，将PVA水凝胶引入木材骨架中后，木材承担载荷传递和结构增强作用，PVA网络则通过大变形及动态氢键的断裂重组耗散外部能量，使所得木质创可贴的拉伸强度达到0.684 MPa，断裂伸长率达到270%，实现了力学强度、柔韧性的同步提升。经过100%应变下300次循环拉伸后，材料仍保持结构完整，并能够承受卷曲、打结和反复拉伸等复杂形变，可满足关节等活动部位对创面敷料的力学需求（图3）。
图3.木材创可贴的力学性能。
（A）天然木材、DES处理的木材和木材创可贴的应力-应变曲线。
（B）PVA与木材创可贴的断裂功，表明其韧性优异。
（C）不同应变下的木材创可贴循环拉伸试验。
（D）不同循环次数下的循环曲线。
（E）木材创可贴的拉伸回弹性能及（F）柔韧性。
（G）在拉伸过程中木材创可贴的光学显微镜图像，展示其在拉伸和回弹过程中的变形情况。
在抗菌、抗炎性能方面，研究人员以大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌为对象，评价不同姜黄素负载浓度样品的抗菌效果。当姜黄素浓度达到1000 μg/mL时，材料对三种细菌形成的抑菌圈直径分别达到33.75、27.33和31.67 mm。扫描电子显微镜观察显示，低姜黄素浓度样品表面附着有大量形貌完整的细菌，而木材创可贴样品表面基本未观察到完整细菌，进一步验证了其抗菌能力。细胞实验表明，姜黄素、PVA及木材创可贴均未表现出明显细胞毒性。在LPS诱导的RAW264.7细胞炎症模型中，与LPS刺激对照组相比，木质创可贴使促炎因子IL-1β、IL-6和TNF-α的表达量分别降低95.38%、89.28%和99.736%，表明其能够通过姜黄素的释放抑制细菌生长和过度炎症反应（图4）。
图4.木材创可贴的抗菌性、细胞毒性及抗炎效果。
（A）在不同姜黄素浓度（1、10、100、500、1000、2000 μg ml-1）下，木材水凝胶对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌在环状扩散试验中的抗菌活性。
（B）大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌抑菌圈的直径。
（C）WH-1和WH-1000表面大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌的扫描电镜图像。
（D）细胞毒性。
（E）LPS诱导后RAW 264.7细胞中IL-1β、IL-6和TNF-α mRNA表达的RT-qPCR分析。
在体内实验中，研究人员在小鼠背部构建直径为6 mm的全层皮肤创面模型，分别采用空白处理、未负载姜黄素的木材水凝胶和木材创可贴处理伤口。第3天，木材创可贴组的创面愈合率达到37.78%，明显高于木材水凝胶组的10.06%和空白对照组的14.56%；第7天，木材创可贴组的愈合率达到69.82%，约为空白对照组的2倍；第11天，其创面愈合率进一步达到97.72%，第14天创面基本完全闭合。组织学分析显示，第14天时，木材创可贴组已形成完整的上皮和成熟肉芽组织，并出现毛囊和皮脂腺等皮肤附属结构。相比之下，木材水凝胶组的附属结构仍不成熟，空白对照组则未观察到明显的新生毛囊和皮脂腺（图5）。
图5.木材创可贴的活体伤口愈合效果。
（A）木材创可贴作用下慢性伤口愈合过程示意图。
（B）不同组别（对照组、WH组和WH-1000组）在治疗0、3、7、9、11和14天后的伤口照片。
（C）各组的伤口面积大小。
（D）第7天和第14天不同组别伤口H&E染色图像。黑色箭头指向愈合部位，红色箭头指向真皮层，黄色圆圈为毛囊，绿色圆圈表示皮脂腺。
该研究充分利用木材天然多级孔道的结构支撑和物质传输优势，通过PVA水凝胶改善木材的柔韧性和保水性能，并借助植物源姜黄素实现抗菌和抗炎功能，为天然木材在创伤敷料、慢性创面护理和生物医用材料领域的高值化应用提供了新方法。（来源：EngineeringJournals微信公众号）
相关论文信息：https://journal.hep.com.cn/eb/EN/10.2738/ENGB.2026.0002
