本文报道了一项由香港理工大学应用生物与化学科技学系赵昕（Xin Zhao）教授团队主导完成的原创研究。论文第一作者为Di Suo、Yuhe Yang、Shuai Zhao、Ho-Pan Bei，通讯作者为赵昕教授，合作单位包括香港理工大学深圳研究院、浙江大学医学院附属邵逸夫医院整形外科以及香港大学李嘉诚医学院外科学系。该研究发表于 Advanced Materials 期刊（2026年，第38卷，文章编号e05122），于2025年3月16日收稿，2026年5月5日接受发表。研究团队从壁虎（gecko）的运动黏附机制中获取灵感，设计了一种名为“机械智能Janus绷带”（mechano-intelligent Janus bandage，MIB）的新型伤口敷料，旨在通过粘附力与收缩力的动态协同，实现有效伤口闭合的同时最大程度减少瘢痕形成。
皮肤伤口管理是临床医学中长期存在的重大挑战。传统缝线（suture）虽然沿用已久，但存在操作耗时、限制患者活动以及张力分布不均等问题；而商业化的免缝胶带（如3M Steri-Strip）所提供的闭合强度有限，难以应对大面积或高张力伤口。近年来，机械活性敷料（mechano-active wound dressing）的发展为伤口闭合提供了新思路，这类材料能够产生主动收缩力以调控伤口张力。然而，如何在单一材料体系中实现对收缩力的精确编程控制，同时使黏附强度与收缩力智能协同，仍是一个尚未解决的难题。过度的收缩应力会导致细胞稳态破坏和纤维化，而应力不足则无法有效激活机械转导（mechanotransduction）级联反应。此外，现有机械活性敷料多依赖化学黏合剂，其组成复杂、临床转化困难且剥离时易造成二次损伤。
壁虎足部刚毛（setae）结构通过范德华力（van der Waals forces）和界面摩擦力实现可逆的强黏附，这为开发具有可编程黏附功能的仿生敷料提供了新思路。然而，将壁虎启发的微结构与应变可编程收缩及收缩增强型黏附相整合，在伤口敷料领域尚未被充分探索。基于此，本研究旨在构建一种单材料、无外部刺激、可定量编程收缩力且实现黏附-收缩动态协同的仿生机械智能Janus绷带。
研究团队首先合成了四种不同单体配比的聚（丙交酯-co-丙二醇-co-丙交酯）二甲基丙烯酸酯（poly(lactide–co–propylene glycol–co–lactide) dimethacrylates，PMLnD）前驱体。通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）和质子核磁共振（¹H NMR）确认了其化学结构，甲基丙烯酰化效率达到96.75%–99.50%。经流变学和力学性能筛选，P68L8D因具有最高的断裂伸长率（约145%）和适中的杨氏模量（约0.8 MPa）而被选为MIB的基础材料（简称为PLD）。
MIB的制备采用两步微成型（micromolding）工艺：首先通过精密机械加工制备具有双向楔形（wedge）阵列的铜合金母模，楔形结构的高度和宽度均为50 μm；随后浇铸PDMS阴模；最后将PLD前驱体注入PDMS模具中，在405 nm蓝光下光交联成型。MIB的内侧表面经氧等离子体处理以增强亲水性，水接触角从约90°降至15°以下，而外侧保持疏水特性，由此形成化学和结构各向异性的Janus结构。
研究团队系统表征了MIB的表面形貌、化学性质、力学性能及生物相容性。扫描电子显微镜（SEM）确认内侧呈现精确的双向楔形阵列，外侧光滑致密。亲水性在20天储存期内保持稳定。MIB可承受超过140%的应变，并在800次循环拉伸后仍保持良好弹性。采用L929成纤维细胞进行体外生物相容性评价，细胞存活率超过95%，增殖速率与对照组无显著差异。新西兰白兔皮肤刺激试验显示24小时和72小时均无炎症反应。
此外，MIB表现出优异的抗生物污损性能——对荧光标记牛血清白蛋白（FITC-BSA）的吸附显著低于商业Steri-Strip；对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的黏附极低；水蒸气透过率（WVTR）约87 g/h/m²，处于伤口敷料的最佳范围（74–95 g/h/m²）；在潮湿环境中14天保持形状稳定，力学性能无明显变化。
MIB的核心设计理念在于通过预应变（pre-strain）精确编程收缩力，同时利用双向楔形结构使收缩力方向与楔形倾斜方向一致，从而在收缩过程中最大化范德华力和界面摩擦力，实现黏附强度随收缩力同步增强的“主动模式”。实验结果显示，当预应变从0%增加至35%时，伤口闭合强度从0线性提升至89 kPa，黏附强度从1 kPa协同增至76 kPa。与之对照，平坦-平坦（flat-flat）和微槽-平坦（microgroove-flat）绷带的黏附强度在高预应变下反而下降，证实了楔形结构在实现黏附-收缩协同中的关键作用。
有限元分析（FEM）模拟表明，MIB施加后可使伤口边缘的周向应力集中降低75.6%，实现应力均匀化。去除方面，通过反向后应变（post-strain）可使界面范德华力和摩擦力呈指数衰减，实现低损伤剥离。幼鼠皮肤模型验证了MIB的良性移除性能，而商业聚氨酯敷料则造成明显皮肤损伤。
研究采用SD大鼠背部全层皮肤线性缺损模型（伤口长度2 cm），设置MIB预应变20%组（MIB-S）、MIB无应变组（MIB-NS）、缝线组和Steri-Strip组。每组4只动物。结果显示MIB-S组在第3天即出现显著伤口闭合，第14天实现完全愈合。与MIB-NS组相比，MIB-S组的表皮厚度增加1.6倍（约22 μm），毛囊密度提高2.4倍（约8.9/mm²），达到正常皮肤的90%以上。Masson三色染色显示MIB-S组胶原沉积更均匀有序，Col-I/Col-III比值（约1.1）接近正常皮肤（约1.2），表明瘢痕化程度显著降低。切口断裂强度测试显示MIB-S组达到约7.3 kPa，为Steri-Strip组的1.4倍。
通过对第7天伤口组织进行RNA测序（RNA-seq），MIB-S组与空白对照组相比鉴定出465个上调基因和718个下调基因。基因本体（GO）富集分析揭示了炎症反应、血管生成、细胞迁移和细胞外基质组织等生物学过程的差异表达。KEGG通路分析提示NF-κB和黏着斑激酶（focal adhesion kinase，FAK）信号通路的显著富集。免疫荧光染色证实MIB-S组FAK表达显著下调。在炎症期，促炎基因（Cxcl2、Ptgs2、Il-1b）表达降低，M2型巨噬细胞极化增强（M2比例17.6%，M1比例9.6%）；在增殖期，Fgf18、Krt8和Wnt7a等基因上调，CD31染色显示血管密度约22/mm²，为对照组的1.9倍；在重塑期，Mmp3、Jun和Ccn1表达降低，TGF-β信号强度减少约71%，α-SMA表达显著受抑。体外3D胶原应变模型进一步证实，张力卸载轨迹（10%–20%–10%应变）可降低FAK、NF-κB和α-SMA表达，同时恢复N-钙黏蛋白（N-cadherin）水平。
为增强临床相关性，研究进一步采用巴拿马小型猪（n=5）背部全层皮肤缺损模型（伤口尺寸2.5 cm × 0.5 cm），每只猪创建10个伤口。MIB-S组采用30%预应变。结果显示MIB-S组第7天即出现均匀闭合，第14天实现无瘢痕完全愈合，愈合速率较Steri-Strip组快1.2倍以上。瘢痕抬高指数（scar elevation index，SEI）显著低于MIB-NS组。组织学分析显示MIB-S组表皮再生完全、胶原纤维排列致密有序，切口断裂强度约14 kPa，为MIB-NS组的2.2倍。
本研究成功构建了一种基于壁虎运动黏附原理的机械智能Janus绷带。该绷带通过简单的预应变即可在0–89 kPa范围内精确编程收缩力，同时利用双向楔形微结构实现黏附强度随收缩力成比例增强的智能协同。MIB通过下调FAK表达，在伤口愈合的不同阶段分别调控NF-κB通路（抑制炎症、促进M2极化）、Wnt通路（促进血管生成和再上皮化）以及TGF-β通路（平衡基质重塑、抑制纤维化），最终实现瘢痕减弱的伤口愈合。该设计将机械调控与生化调控整合于单一仿生弹性平台，为机械活性伤口护理提供了新的策略，具有重要的临床转化潜力。研究团队也指出，当前研究局限于急性伤口模型，未来需在糖尿病慢性伤口模型中评估MIB的疗效，并探索促再生表面功能化等改进方向。
本研究的核心创新体现在三个方面：其一，首次在单材料、无刺激体系中实现了收缩力的定量可编程输出与黏附强度的动态协同响应，解决了当前机械活性敷料中黏附与收缩分离的瓶颈问题；其二，双向楔形阵列的仿生设计使收缩力方向与微结构倾斜方向一致，从而在收缩过程中主动增强界面范德华力和摩擦力，而非被动依赖化学黏合；其三，通过反向后应变实现了低损伤的按需剥离，兼顾了临床应用中对换药安全性的需求。这些特征使MIB在抗污损、保湿、良性移除、自主收缩和促愈合等关键性能方面均优于现有商业化产品。