本文属于类型a，是一篇关于磁电缝合线的原创研究论文。该研究由南方科技大学机械与能源工程系的刘吉课题组主导完成，第一作者为Yi Yang、Ping Wen和Xingmei Chen。论文于2025年5月24日在线发表于《Advanced Functional Materials》期刊，DOI为10.1002/adfm.202510353，卷号为35，文章编号2510353。

本研究属于生物医学工程与智能材料交叉领域，旨在解决传统手术缝合线在伤口管理中的关键局限。传统缝合线通常由聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）、尼龙、胶原蛋白、丝线或不锈钢制成，其杨氏模量高达约2000 MPa，而皮肤等生物组织的模量仅为约100 kPa，导致显著的力学失配，进而引发组织损伤、慢性炎症和瘢痕形成。此外，传统缝合线功能被动，无法主动调节伤口微环境。电刺激作为一种非药物策略已被证实可有效加速伤口愈合，但现有电刺激系统依赖便携电池和有线连接，增加了患者不适和感染风险。因此，本研究的目标是开发一种可通过外部磁场无线调控、具有力学顺应性的磁电缝合线，实现时空可控的电刺激以促进伤口愈合。

研究的工作流程可分为四个主要环节。第一环节是磁电缝合线的设计与制备。研究者采用湿法纺丝工艺，将核壳结构的钴铁氧体-钛酸钡纳米颗粒（CFO@BTO NPs，直径40 nm）以4 wt.%的比例分散于40 wt.%的聚偏氟乙烯-三氟乙烯（P(VDF-TrFE)）/二甲基亚砜（DMSO）溶液中，以水/乙醇（90/10体积比）为凝固浴进行纺丝。溶剂交换诱导的相变使纤维快速凝胶化，可规模化生产长达千米、直径在100至800 μm范围内可调的缝合线。随后对纤维进行高压极化处理以对齐P(VDF-TrFE)电畴，使其压电系数d33从0.4提升至4 pC/N。最后在纤维表面通过紫外固化制备了厚度约20 μm的聚两性离子水凝胶皮肤——聚（2-（甲基丙烯酰氧基）乙基）二甲基-（3-磺丙基）氢氧化铵（PDMAPS），以提供力学顺应性和生物相容性界面。

第二环节是磁电性能表征与机理验证。磁致伸缩材料CFO@BTO在100 mT磁场下沿x、y、z轴分别产生-13%、16.5%和17%的形变量。当这些纳米颗粒嵌入压电聚合物基体后，磁场诱导的机械形变通过磁-力-电级联效应在P(VDF-TrFE)中产生压电电势。开尔文探针力显微镜显示，100 mT磁场可使ME薄膜表面电位增加400 mV。研究者将200 μm的ME缝合线封装于聚二甲基硅氧烷（PDMS）中进行电输出测试，通过调节永磁体与样品距离（2–50 mm）改变磁场强度（10–200 mT），通过调节旋转速度改变磁场频率（1–3 Hz）。结果显示，在100 mT、3 Hz条件下输出电压可达40 mV，处于伤口组织跨上皮电位（10–60 mV）的治疗窗口内。有限元分析进一步阐明磁电耦合机制：应力在CFO核心随磁场增强而增大，BTO壳层极化水平从0增至100 mV，P(VDF-TrFE)基体表面电位从0增至600 mV。静态磁场仅产生单次形变和一次性电释放，证实输出依赖于磁场动态变化。长期稳定性测试表明，经10天每日1小时磁场触发后，输出电压从42 mV略降至32 mV，仍高于10 mV的有效阈值。

第三环节是力学顺应性与生物界面评估。ME缝合线可承受最大180%应变和25 MPa强度。在猪皮缝合模型中，达到30%应变时，ME缝合线所需最大力为0.45 N，比3-0 PLGA缝合线低28%，且针孔变形面积仅为PLGA组的1/2.2。有限元模拟显示，ME缝合线在针孔周围产生的应力比PLGA低60倍。纳米压痕测试表明，ME缝合线的硬度和折合模量分别比PLGA低29倍和60倍。其模量匹配因子为175，远低于文献报道的功能化缝合线的1000–40000范围。摩擦测试显示，带水凝胶皮肤的ME缝合线摩擦系数为0.13，显著低于无涂层ME缝合线（0.34）和PLGA缝合线（0.45）。抗污测试中，荧光标记牛血清白蛋白在带水凝胶皮肤的ME缝合线上的吸附量比PLGA和无涂层ME缝合线低30倍和35倍。大鼠皮下植入实验显示，5天后ME缝合线（+）组的纤维囊厚度为25±7 μm，显著薄于PLGA组的80±17 μm。定量PCR分析表明，ME缝合线（+）组促炎因子IL-6、iNOS和IL-1β分别下调88%、77%和96%，而抗炎因子TGF-β1和IL-4分别上调100%和132%。缝合线拔除力测试显示，PLGA组10天后最大摩擦力增加24倍，而ME缝合线组仅为PLGA的十分之一。

第四环节是伤口愈合疗效验证。研究采用SD大鼠（雄性，250–300 g）背部全层皮肤切口模型（约2 cm），分为三组：ME缝合线加磁场组（100 mT、3 Hz、每日1小时）、ME缝合线无磁场组和PLGA缝合线组。结果显示，ME缝合线（+）组在第5天即达到与PLGA组第10天相当的愈合效果，将愈合时间缩短50%。苏木精-伊红（H&E）染色显示PLGA组第5天出现严重组织肿胀和变形，炎症细胞数量为ME缝合线组的5倍。免疫荧光分析显示，ME缝合线（+）组第5天PTEN阳性细胞率为84%±5%，显著高于ME缝合线（-）组的46%±12%，证明磁场触发的电刺激有效激活了细胞定向迁移。角质形成细胞标志物KRT14的免疫组化分析显示，ME缝合线（+）组第5天再上皮化率达95%±0.7%，不仅高于同期的ME缝合线（-）组（81%±5%）和PLGA组，甚至超过了PLGA组第10天的85%±33%。

研究的核心结论是：这种磁电缝合线通过整合力学顺应性水凝胶界面与无线磁调控电刺激能力，成功实现了伤口愈合时间减半。其科学价值在于首次将磁-力-电级联转换机制引入缝合线系统，实现了无电池、非接触式的可编程电刺激。应用价值在于该技术可规模化生产，具备与临床缝合针集成的潜力，为智能缝合系统建立了新范式。研究的亮点包括：核心创新在于核壳磁电纳米颗粒与压电聚合物的协同设计，通过磁场无线触发生理水平电输出；水凝胶皮肤的引入同时解决了力学失配、摩擦损伤、蛋白吸附和纤维化包裹等多个临床问题；在体实验证实了电刺激与力学顺应性的协同增效作用。未来研究将聚焦于可穿戴或局部磁场递送系统的开发，以及针对人体不同解剖区域的磁刺激参数优化和跨物种临床前评估。