针对上述问题，东华大学何创龙/陈硕、海南大学汪国庆受天然皮肤生理学启发，开发了一种智能导电仿皮肤双层水凝胶，通过空间功能分区和时序修复调控，实现糖尿病创面的分阶段精准治疗。该设计上层为坚固、各向异性的保护层，提供保护并作为电刺激的高效传导通道；下层为响应型粘附层，贴合创面并实现按需药物递送。具体而言，下层水凝胶响应早期炎症微环境释放CGRP，有效抑制促炎M1巨噬细胞表型并促进其向促修复M2表型转化；随后，导电上层持续释放镁离子并协同电刺激，通过激活VEGF信号通路显著增强内皮细胞迁移和成管。转录组分析揭示，该组合通过富集细胞外基质组织和血管生成相关通路，营造了促再生微环境。该文章于2026年2月27日以《Skin-mimetic bilayer hydrogel enhances spatiotemporal coordination of neuro-immune-vascular interactions to accelerate diabetic wound healing》为题发表于《Bioactive Materials》（DOI：10.1016/j.bioactmat.2026.02.054）。

图1.仿皮肤双层水凝胶的设计与工作机制

（1）上层各向异性水凝胶的制备与多尺度结构表征

扫描电镜显示原始PVA呈不规则各向同性网络，重构后的AP样品呈现单向条纹特征；掺入PEDOT:PSS的APC、纳米MgO的M@AP及同时掺入两者的M@APC均保持明显取向纹理（图2a）。横截面为均匀互连的多孔网络，纵截面及断裂面呈现平行于加工方向的取向结构。能谱mapping证实硫和镁元素分别在APC和M@AP水凝胶中均匀分布。XRD显示重构样品衍射峰较PVA更尖锐，结晶度增强；M@AP和M@APC在约38.0°、50.8°和58.6°处出现对应氢氧化镁（101）、（102）和（110）晶面的衍射峰，归因于纳米MgO的水化（图2b）。小角X射线散射显示M@APC在90°和270°出现两个尖锐方位角峰，Herman取向参数显著高于PVA，二维散射图由圆形转变为纺锤形；0%与100%应变对比表明拉伸促进纤维状晶体形成和取向通道发展（图2c-e）。原子力显微镜显示PVA表面粗糙度低且不规则，M@APC则呈现周期性沟槽，形成沿取向方向连续的通道（图2f）。三维激光共聚焦成像显示荧光标记的PVA骨架呈平行纤维束，与加工方向一致（图2g）。重构过程使PEDOT:PSS和纳米MgO均匀掺入水凝胶网络，同时形成稳定的取向晶区和连续传输通道，支撑水合条件下的电荷转移与机械稳定性。

图2.上层各向异性水凝胶的制备方法及微观结构。a）不同水凝胶组别的SEM图像（比例尺：40 μm、10 μm）；b）XRD 谱图；c）散射强度(I)随方位角（θ）变化的曲线；d）赫尔曼取向参数；e）分别在0%和100%应变条件下，具有随机分布（PVA）与定向排列（M@APC）纳米纤维的水凝胶 SAXS 谱图；f）随机与定向纳米纤维水凝胶的AFM相位图像（比例尺：4 μm）；g）共聚焦显微镜图像（比例尺：50 μm）。

（2）上层水凝胶的力学、抗溶胀、导电及释镁功能评价

DSC图谱中，M@AP和M@APC的放热峰向高温偏移，表明结晶区增加；TG和DTG分析显示AP和APC分解温度高于PVA，网络结构更稳定（图3a-c）。干湿态结晶度和含水率测量显示，取向样品含水率显著降低且结晶度同步增加，致密化和结晶化同时发生（图3d）。抗溶胀行为评估显示，各组在36 h内接近饱和，M@APC溶胀率仅约3%，空白PVA溶胀率低于20%；宏观照片显示体积无明显变化（图3e）。力学测试表明M@APC具有优异的宏观韧性和强度，取向结构提高了模量和断裂强度，纳米MgO的引入显著提升了韧性，归因于无机相作为物理交联点和异相成核位点，限制聚合物链运动并促进应力传递和能量耗散（图3f-i）。循环加载-卸载测试显示，M@APC在100次循环后应力-应变曲线仍与初始水平接近，1200 s循环后保持稳定（图3j、k）。M@APC可提起约自重500倍（3 kg）的物体（图3l）。电学性能方面，取向通道和导电组分的引入增强了电导率，非导电MgO的掺入导致电导率轻微下降，但未损害整体电连通性；M@APC作为连接器可稳定点亮LED灯泡（图3m、n）。ICP测试显示M@APC中Mg²⁺释放速率相对平稳（图3o）。

图3.上层水凝胶的功能表征。a)PVA、AP、APC、M@AP和M@APC的DSC曲线。b)TG分析。c)DTG曲线。d)不同水凝胶组在干/湿条件下的结晶度。e)不同水凝胶组在PBS中的溶胀率。f)M@APC水凝胶宏观照片。g)PVA、AP、APC、M@AP和M@APC的拉伸应力-应变曲线。h)对应的拉伸应力和应变统计。i)杨氏模量和韧性值。j)M@APC水凝胶递增应变循环加载-卸载曲线。k)M@APC水凝胶在50%应变下第1、2、10、20、50、100次循环曲线。l)M@APC水凝胶（0.6 g）承载3 kg水桶演示。m)不同水凝胶组的电导率。n)M@APC水凝胶点亮LED灯泡的宏观照片。o)上层水凝胶在不同时间的Mg²⁺累积释放曲线。

（3）下层粘附型智能响应水凝胶的制备与功能评价

下层水凝胶（PEEP-PVA，PP）通过四步反应制备：环氧开环聚合合成聚酯主链，Michael加成引入乙二胺侧链，季铵化反应接枝苯硼酸基团得到PEEP，与PVA溶液共混形成动态硼酸酯交联网络，该网络对葡萄糖和ROS响应。FTIR在1715和1660 cm⁻¹出现酯和酰胺基团C=O伸缩振动峰，1612和1322 cm⁻¹分别对应苯环C=C伸缩和硼酸酯C-B振动，证实PEEP成功合成（图4a、b）。¹H NMR谱进一步佐证PEEP的成功制备。宏观粘附实验显示，PP水凝胶可将上层水凝胶锚定在皮肤上，手腕活动时保持稳定贴合（图4c）。SEM显示，随PEEP含量增加，孔径减小、网络结构更致密，动态硼酸酯键密度增加导致交联度提高（图4d）。DPPH清除能力随PEEP含量增加而增强，15-5PP配方抗氧化活性最显著（图4e）。粘附力学测试表明，可逆动态键与季铵阳离子静电作用协同增强粘附强度（图4f、g）。流变学测量显示低频时损耗模量占优，样品在应变扫描中保持粘流状态（图4h、i）。基于上述综合性能，选择15-5PP配方进行后续研究。降解实验显示，15-5PP在PBS中5天保留超过70%质量，在糖尿病微环境（高糖、ROS）中加速降解；糖尿病条件下5天内药物累积释放约90%（图4j-l）。抗菌实验显示，上层和下层水凝胶均抑制细菌生长，下层通过季铵阳离子静电作用破坏细菌膜，上层通过Mg²⁺释放和MgO水化产生的碱性破坏细菌膜电位和完整性；双层配置抑菌率接近100%（图4m、n）。CCK-8、活/死染色及溶血实验证实材料无显著细胞毒性，皮下植入组织学分析显示主要器官结构正常。

图4.下层水凝胶的制备与表征。a)PEEP的合成路线。b)PEE、4-BrMe-PBA和PEEP的FTIR光谱分析。c)下层水凝胶宏观粘附照片。d)不同配方PP水凝胶（5-5 PP、10-5 PP、15-5 PP）的SEM图像（比例尺：200 μm）。e)不同配方PP水凝胶的DPPH自由基清除定量。f)不同配方PP水凝胶的湿态搭接剪切粘附强度。g)不同配方PP水凝胶的粘附力曲线。h)PP水凝胶的频率扫描流变学，显示储能模量（G′）和损耗模量（G″）。i)PP水凝胶的应变扫描流变学。j)PP水凝胶在PBS、25 mM葡萄糖、1 mM H₂O₂及糖尿病模拟液中的降解曲线。k)不同介质中模拟药物日释放曲线。l)累积释放曲线。m)不同样品对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的琼脂板图像。n)抗菌率统计。

（4）双层水凝胶的体外免疫调节与促迁移效应

糖尿病条件下培养RAW 264.7细胞，免疫荧光显示相对于DM组，DM-C@PP显著降低M1标志物CD86荧光强度，同时增加CD206表达（图5a）。流式细胞术显示DM-C@PP组M1巨噬细胞显著减少，M2巨噬细胞显著增加，M2/M1极化比值较DM组提高6.9倍（图5b-d）。RT-qPCR显示DM-C@PP和DM-PP均显著抑制M1促炎标志物iNOS和TLR4，DM-C@PP抑制作用最显著；DM-PP仅轻微增加CD206，而DM-C@PP显著上调CD206和CD200R1（图5e、f）。C@PP结合PP的ROS清除功能与CGRP的调节活性，发挥强效免疫调节作用。

Transwell实验评估条件培养基联合Mg²⁺补充和外源电刺激对HUVECs迁移的影响。DM组迁移细胞最少，DM-C@PP/APC组显著增加。单独添加Mg²⁺（DM-C@PP/M@APC）或单独电刺激（DM-C@PP/APC-E）进一步增强迁移；联合处理（DM-C@PP/M@APC-E）迁移密度最高，约为DM组的2倍，显著优于所有其他组（图5g）。划痕实验显示一致趋势。SEM和荧光染色显示取向表面上的细胞呈良好铺展的纺锤形并沿表面纹理排列，三维共聚焦成像显示细胞形态和细胞骨架组织沿取向方向排列。免疫调节、Mg²⁺和电刺激对内皮细胞迁移具有协同效应，仿生取向结构提供的接触引导促进定向迁移。

图5.仿皮肤双层水凝胶的体外免疫调节与促迁移特性。a)不同处理组RAW 264.7巨噬细胞M2/M1极化标志物CD206（绿色）和CD86（红色）的免疫荧光染色，细胞核用DAPI（蓝色）复染（比例尺：50 μm）。b-d)M1极化RAW 264.7巨噬细胞在不同组中CD86和CD206的典型流式细胞术表达轮廓及定量分析。e-f)不同处理对M1/M2 RAW 264.7巨噬细胞极化标志物基因（iNOS、TLR-4、CD206、CD200R1）相对mRNA水平的影响。g)Transwell实验显示不同处理对细胞迁移能力的影响（比例尺：200 μm）。

（5）双层水凝胶的体外促血管生成能力及转录组机制解析

RT-qPCR显示，与DM组相比，DM-C@PP/APC组CD31、VEGF和HIF-1α mRNA在3天和7天均显著上调；DM-C@PP/M@APC和DM-C@PP/APC-E组进一步增加表达；DM-C@PP/M@APC-E组在所有时间点上调最显著（图6a-c）。免疫荧光显示DM组VEGF红色荧光微弱，DM-C@PP/APC组显著增加，DM-C@PP/M@APC-E组信号最强且分布最广，约为DM组的1.8倍（图6d、f）。Matrigel成管实验显示，DM-C@PP/APC组较DM组增强管腔网络形成，DM-C@PP/M@APC和DM-C@PP/APC-E组进一步改善；DM-C@PP/M@APC-E组形成最完整致密的类毛细血管网络（图6e）。节点数、总管长和网格数的定量分析显示该组优于所有其他组（图6g-i）。Western blot显示DM-C@PP/M@APC-E组血管生成相关蛋白（CD31、HIF-1α、VEGF）表达水平最高（图6j、k）。DM-C@PP/M@APC-E组整合免疫微环境重塑、镁离子释放和外源电刺激，在基因、蛋白和功能形态学层面改善HUVECs血管生成能力。

转录组分析探究Mg²⁺和ES促进血管生成的机制。Pearson相关性热图显示组内相关系数大于0.98（图7a）。差异表达分析显示，与DM-C@PP组相比，DM-C@PP/M@APC诱导32个差异基因，DM-C@PP/M@APC-E检测到1210个差异基因；DM-C@PP/M@APC-E与DM-C@PP/M@APC比较检测到996个差异基因（图7b、c）。GO功能富集显示，DM-C@PP/M@APC-E与DM-C@PP及DM-C@PP/M@APC比较均显著富集细胞外基质和细胞连接相关生物学过程，涵盖整合素结合、细胞连接组装、胶原细胞外基质和赋予抗张强度等通路（图7d、e）。DM-C@PP与DM-C@PP/M@APC比较中，金属离子跨膜转运蛋白活性通路显著激活。KEGG结果显示，DM-C@PP与DM-C@PP/M@APC-E以及DM-C@PP/M@APC与DM-C@PP/M@APC-E的比较中，共同显著富集TNF信号通路、IL-17信号通路、ECM-受体互作和炎症介质对TRP通道的调节等通路（图7f、g）。DM-C@PP与DM-C@PP/M@APC-E比较中，局灶黏附和细胞黏附分子通路显著富集，镁离子与电刺激的组合通过协同效应在分子水平增强血管生成潜能。

图6.仿皮肤双层水凝胶的体外血管生成调控效应。a-c)不同处理3天和7天后HUVECs中CD31、VEGF和HIF-1α的mRNA表达水平。d)不同处理3天后HUVECs VEGF表达的代表性免疫荧光图像（红色：VEGF，蓝色：DAPI，比例尺：100 μm）。e)不同处理HUVECs管腔结构的荧光显微照片及AngioTool拓扑网络分析（比例尺：100 μm）。f)免疫荧光VEGF荧光强度定量分析。g-i)成管相关参数定量：节点数、总管长和网格数。j)Western blot分析图像。k)不同组HUVECs培养7天后血管生成标志物（CD31、HIF-1α、VEGF）的相对蛋白表达水平。

图7.不同处理条件的多组学表征。a)显示所有样本全局转录组相似性的Pearson相关性热图。b-c)火山图分析显示不同处理组间的转录变异。d-e)GO富集分析比较DM-C@PP/M@APC-E vs DM-C@PP及DM-C@PP/M@APC-E vs DM-C@PP/M@APC的核心功能项，红点大小、颜色和x轴位置分别代表基因数、统计显著性和富集因子。f-g)KEGG通路富集分析显示关键信号通路，气泡大小对应计数，颜色对应-log₁₀(P值)。

（6）仿皮肤双层水凝胶促进糖尿病创面愈合

为评估仿皮肤双层水凝胶在复杂病理环境中的促愈合功效，研究采用链脲佐菌素诱导的糖尿病小鼠背部8 mm全层皮肤缺损模型（图8a）。宏观图像显示，各组创面面积随时间逐步缩小；DM-C@PP/APC和DM-C@PP/M@APC组较未处理DM组显著加速创面闭合，表明CGRP递送和Mg²⁺释放对修复过程有积极贡献。DM-C@PP/M@APC-E组联合电刺激治疗愈合最快，第12天闭合率达98.57%±0.85%，接近完全创面闭合（图8b、c）。术后第6天和第12天的H&E染色显示，DM组再上皮化不连续、炎症细胞浸润持续存在；DM-C@PP/APC和DM-C@PP/M@APC组再上皮化增加、肉芽组织更成熟；DM-C@PP/M@APC-E组炎症浸润最少、表皮层最完整（图8d）。Masson三色染色显示治疗组胶原沉积更均匀有序，DM-C@PP/M@APC-E组胶原纤维取向最规则、堆积密度最高，提示联合应用电刺激、Mg²⁺和CGRP促进胶原重塑和真皮修复（图8e）。

图8.仿皮肤双层水凝胶的糖尿病创面愈合效果。a)糖尿病小鼠创面愈合实验时间线示意图。b)不同处理组第0、3、5、7、9、12天创面代表性照片及伤口痕迹热图（比例尺：4 mm）。c)随时间变化的创面闭合率定量统计。d-e)术后第6天和第12天创面组织H&E染色和Masson三色染色代表性图像（蓝色虚线标示创面区域，比例尺：50 μm、500 μm）。

（7）仿皮肤双层水凝胶调控神经-免疫互作并促进血管成熟

术后第6天免疫荧光显示各组均有F4/80阳性巨噬细胞浸润。与DM组相比，各治疗组CD86阳性面积显著减少；DM-C@PP/APC和DM-C@PP/M@APC组CD206阳性面积显著增加，CGRP为免疫调控主要介质；Mg²⁺和电刺激进一步协同缩短炎症期（图9a、d、e）。神经再生评估显示，第6天DM-C@PP/M@APC-E组CGRP分布最密集，与细胞核共定位清晰，阳性面积达1.25%±0.05%，显著高于其他组；第12天CGRP信号较第6天明显减弱，定位从核周区域向细胞膜转移，提示早期CGRP递送和微环境改善主要发生在初始阶段（图9b、f）。GAP43免疫组化显示DM-C@PP/M@APC-E组在创面边缘和基底呈现更连续有序的类神经纤维结构；第6天和第12天各治疗组GAP43表达均高于DM组，DM-C@PP/M@APC-E组增幅最大（图9c、g）。下层水凝胶CGRP按需释放，联合上层含镁取向导电网络和外源电刺激，协同促进轴突发芽和伸长，加速创面内神经重建。血管生成方面，第6天DM组CD31信号稀疏断续、α-SMA覆盖极少；DM-C@PP/APC组呈现更连续的CD31阳性结构伴新生管腔；DM-C@PP/M@APC和DM-C@PP/M@APC-E组血管密度进一步增加。α-SMA阳性面积呈相似趋势，DM-C@PP/M@APC-E组荧光面积达1.6%±0.05%，较DM组增加1.9倍（图10a、c）。第12天DM-C@PP/M@APC-E组CD31染色显示成熟血管样结构，α-SMA阳性面积进一步增加，与CD31共定位显著增强，表明血管逐步成熟和稳定（图10b、d）。第6天和第12天CD31及α-SMA阳性面积呈阶梯式增加，DM组最低，DM-C@PP/APC和DM-C@PP/M@APC组显著更高，DM-C@PP/M@APC-E组最高（图10c、d）。CGRP介导的免疫调节联合镁离子补充和外源电刺激协同促进糖尿病创面血管生成和血管成熟。

图9.仿皮肤双层水凝胶在糖尿病创面中的免疫调节与促神经修复效应。a)糖尿病小鼠创面组织泛巨噬细胞标志物F4/80（绿色）与M1标志物CD86（红色）或M2标志物CD206（红色）的免疫荧光染色，细胞核用DAPI（蓝色）复染（比例尺：50 μm）。b)不同处理组术后第6天和第12天创面CGRP（红色）免疫荧光代表图像，细胞核用DAPI（蓝色）复染（比例尺：50 μm）。c)不同处理组术后第6天和第12天创面GAP43蛋白表达的免疫组化图像，棕色强度增加表示GAP43表达增加（比例尺：50 μm）。d-e)免疫荧光CD86和CD206阳性面积定量。f)免疫荧光CGRP阳性面积定量。g)免疫组化GAP43阳性面积定量。

图10.仿皮肤双层水凝胶在糖尿病创面中的促血管生成效应。a-b)术后第6天和第12天创面CD31（绿色）和α-SMA（红色）免疫荧光代表图像，细胞核用DAPI（蓝色）复染（比例尺：50 μm）。c-d)创面组织中α-SMA和CD31阳性面积的定量统计。