本文是一篇类型a的科研论文报告，该研究发表于期刊《Nano Energy》，文章编号为123 (2024) 109425，发布时间为2024年2月27日。本文的主要作者包括Xiaotong Sun, Ya’nan Yang, Qianwen Liu, Dongye Zheng等，他们隶属于北京理工大学、北京大学等多家研究机构。
伤口愈合是一个重要的生理过程，涉及细胞迁移、增殖、以及颗粒组织的再生和疤痕形成。在生物体中，伤口愈合通常由内源性电场（endogenous electric field, EEF）触发。然而，由于个体差异、感染以及病理因素，许多伤口愈合过程可能变得缓慢甚至无法愈合，导致慢性伤口反复感染，甚至引发局部细胞突变或癌症。
尽管现代医学和生物技术已经开发出多种促进伤口愈合的治疗策略，如伤口清创、压力治疗和高压氧治疗等，但这些方法多数是被动的，很难实现对皮肤细胞行为的主动调控。研究表明，电刺激（Electrical Stimulation, ES）能够模拟自然电场，主动调控细胞行为。传统电刺激装置因体积庞大、便携性差、稳定性不足，限制了其在伤口愈合中的应用。
为解决这些问题，研究人员提出了一种新型的柔性、可穿戴锌离子微型电池（Micro Zinc-Ion Battery，MZMB），配合环形电场设计加速伤口愈合。该研究旨在通过模拟内源性电场，探究电刺激在细胞迁移、增殖及其它与伤口愈合相关的生物学行为中的应用。
研究设计了多个实验过程，结合体外细胞实验、小鼠体内实验及电池性能测试，系统性地评估MZMB及其产生的环形电场对于伤口愈合的效果。
研究采用一系列先进技术制备MZMB： - 基底选择：采用激光直写技术蚀刻碳非织造布，作为基底和集电体，形成6指叉式微电极。 - 电极材料制备：利用电化学沉积技术分别在碳基底上制备锌（Zn）负极和二氧化锰（MnO2）正极。锌电极表现出明确的六方晶系结构，MnO2电极则呈现花状结构，属于ε相。 - 电解质应用及封装：电活化后，将水基凝胶电解质涂覆在活性电极区域，并用聚酰亚胺胶带封装。
通过循环伏安法、恒流充放电测试和扫描电子显微镜（SEM）等技术，研究验证了MZMB的高柔性、稳定性和优异的电化学性能。
研究以小鼠成纤维细胞（NIH-3T3）为模型，通过在培养皿中施加环形电场，测试电场如何影响细胞迁移速度。采用细胞存活检测及蛋白表达分析，评估电场设备的生物安全性。
将小鼠随机分为三组（环形电场组、平行电场组和空白对照组），在背部人为造成方形创口。针对不同实验条件，观察伤口收缩率、痂下组织重建及炎症因子分布。同时，采用Masson三色染色、血管生成标志物（CD31）等技术评估愈合中的组织再生、胶原纤维沉积及血管生成水平。
MZMB展现了优越的电化学性能： - CV曲线显示出高电化学可逆性及稳定的氧化还原峰值。 - 在200次充放周期后，电池容量保持近80%。 - MZMB在不同弯曲角度下的电化学性能几乎没有变化，表明其具备极高的柔性。
结果表明，相较于无电场组，环形电场组的细胞迁移速度显著加快。在5天内，培养皿中心无细胞区域基本被填满。此外，蛋白分析表明环形电场对细胞几乎无毒性效应。
在带环形电场的MZMB装置下，小鼠4×4mm²背部创口在6天内几乎完全愈合，而对照组伤口面积仍保留超过35%。组织切片显示环形电场组的胶原沉积最多，血管生成最活跃，同时炎症因子（如TNF-α和IL-6）显著下降，抗炎因子（如TGF-β和IL-10）表达增加。
研究成功构建了一种基于可充电锌离子微型电池的柔性贴片系统，利用环形电场显著加速了伤口愈合的各个生物过程，包括细胞迁移、增殖及极化。实验结果证明，该系统具备良好的生物安全性及广阔的应用前景。
此项研究展示了如何通过柔性微型能源设备在生物医学领域拓展应用，为电刺激疗法提供了创新解决方案。相比传统电刺激装置，该方法无体积障碍、便携性强、可实时使用，开辟了调控电场加速皮肤愈合的新方向。
该系统适合针对不同大小和形状伤口的个体化设计，未来可应用于人类创伤治疗领域，尤其是慢性伤口、糖尿病足等难愈性伤口。
本文补充了关于柔性能源存储设备在创伤医学领域的基础性研究，以期对后续工作提供借鉴。这种创新性的研究方法及实验结果将对电刺激疗法、微型电池及柔性电子设备的跨学科应用产生深远影响。