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本研究针对湿润伤口环境下多孔生物材料中工程化孔壁纳米-生物界面对蛋白质吸附及细胞-材料相互作用调控机制尚不明确的问题，开发了一种由壳聚糖（CS）、香菇多糖、果聚糖、岩藻聚糖（F）共组装，并经二醛香菇多糖（DhLen）交联，同时负载玉米醇溶蛋白纳米花（ZNFs）和药用植物提取物（SS）的杂化海绵（CSLLvF@ZNFs-SS）。该研究揭示了界面结构与蛋白质（HSA、Fb）选择性吸附行为的关联，证实材料具有抗氧化、抗炎活性及优异的细胞相容性，并通过划痕实验验证了其促进成纤维细胞迁移的能力，为设计面向创面修复的智能生物材料提供了新策略。
在皮肤创伤愈合过程中，一个理想的伤口敷料不仅需要吸收渗出液、保持湿润环境，更需要能与伤口组织进行积极的“对话”，引导细胞行为，促进修复。这其中的关键“对话”起点，往往发生在材料与生物体接触的最前沿——即“界面”。对于多孔海绵状生物材料而言，其内部无数孔道的壁面构成了与生物流体最初接触的庞大“界面战场”。然而，传统基于天然多糖（如壳聚糖、海藻酸钠等）的多孔材料，其内部界面常常是松散、不稳定的，在湿润环境中容易发生结构瓦解，对蛋白质的吸附行为缺乏精细调控，从而影响后续的细胞粘附、迁移等一系列生物学响应。如何“设计”并“建造”一个稳定、功能可调的孔壁纳米-生物界面，成为开发生物活性更优的创面敷料面临的核心挑战。
近期，一项发表于《Colloids and Surfaces B: Biointerfaces》的研究，为我们展示了一种精巧的界面工程策略。来自波兰托伦哥白尼大学的研究团队Dorota Chelminiak-Dudkiewicz等人，独辟蹊径地构建了一种全天然来源的杂化多糖海绵。他们不是简单地将几种成分混合，而是像建造一栋结构稳固、功能多样的“微纳大厦”一样，从分子层面进行理性设计：以壳聚糖（CS）、香菇多糖（Lentinan）、果聚糖（Levan）和岩藻聚糖（Fucoidan）为“地基”和“骨架”，首次利用经过高碘酸钠氧化的二醛香菇多糖（DhLen）作为“钢筋”，通过其醛基与壳聚糖的氨基形成密集的希夫碱键（Schiff-base），构建了共价交联的网络核心，确保了整体结构的稳定性。接着，他们引入了具有菊花状分级结构的玉米醇溶蛋白纳米花（Zein Nanoflowers, ZNFs）作为“纳米级装饰模块”，这些蛋白-金属杂化纳米结构极大地增加了孔壁的粗糙度和比表面积。最后，从具有抗炎抗氧化活性的药用植物Sideritis scardica中分别提取水提物（WSS）和醇提物（ESS），作为“功能涂料”引入体系，其中的酚类、萜类代谢物不仅赋予材料生物活性，还能通过丰富的超分子相互作用进一步稳定界面。通过这种“共价交联稳定骨架+纳米结构修饰形貌+植物代谢物功能化”的多级协同策略，研究人员成功制备了两种海绵材料：CSLLvF@ZNFs-WSS 和 CSLLvF@ZNFs-ESS。
为开展这项研究，作者运用了多项关键表征与生物学评价技术。在材料制备与表征方面，合成了二醛香菇多糖（DhLen）和玉米醇溶蛋白纳米花（ZNFs），并通过SEM、ATR-FTIR、13C NMR等手段确认了其结构与形貌。采用冷冻干燥法制备复合海绵，并系统评估了其交联度、微观形貌（SEM及SEM-EDX元素分布分析）、孔隙率、三维表面粗糙度、力学性能（拉伸、粘附）、溶胀与降解行为、热稳定性（TGA）以及水蒸气透过率（WVTR）。在生物学功能评价方面，通过DPPH自由基清除实验和BSA热变性抑制实验分别评估了材料的抗氧化和抗炎活性；采用荧光光谱法研究了海绵对人血清白蛋白（HSA）和纤维蛋白原（Fb）的吸附行为，并拟合了吸附等温线；通过细胞毒性实验（Alamar Blue法，使用人肺成纤维细胞MRC-5）和溶血实验评估了生物相容性；利用划痕愈合实验在体外模拟了材料对成纤维细胞迁移的促进作用；还参照标准菌株（耐甲氧西林金黄色葡萄球菌MRSA、铜绿假单胞菌PA、白念珠菌CA）通过Alamar Blue法评估了其抗菌效能。所有实验均设置重复并进行了统计分析。
研究结果
3.1. 玉米醇溶蛋白纳米花（ZNFs）
研究人员成功制备了具有菊花状分级形貌的ZNFs。扫描电镜（SEM）显示其为由花瓣状亚结构从核心辐射形成的球形颗粒。三维表面形貌分析表明其具有较高的表面粗糙度。功能测试显示，ZNFs本身具备浓度依赖性的DPPH自由基清除能力（500 μg/mL时约为45.1%）和抑制BSA热变性的能力（500 μg/mL时约为50.8%），表明其兼具一定的抗氧化和抗炎潜力，这主要归因于其结构中的Cu2+活性位点和高比表面积。
3.2. 二醛香菇多糖（DhLen）的合成与表征
首次报道了通过香菇多糖的高碘酸钠氧化制备DhLen。醛基定量分析显示其氧化度高达约78%。ATR-FTIR光谱在1720-1730 cm-1处出现了新的醛羰基伸缩振动峰，固体核磁13C NMR在~178 ppm处出现了羰基碳信号，均证实了醛基的成功引入。SEM显示氧化后香菇多糖的形貌从致密球状变为碎裂的纤维状。
3.3. 多糖海绵（CSLLvF@ZNFs-SS）的表征
3.3.1. 力学与粘附性能
所有海绵均显示出较高的拉伸强度（~10-12 MPa）。加入ZNFs和植物提取物后，材料的断裂伸长率增加，杨氏模量略有下降，表明材料在保持强度的同时弹性增强。粘附力测试表明，改性后的海绵在玻璃、金属和橡胶三种模型表面上的粘附力均显著高于未改性的CSLLvF海绵，尤其是在橡胶表面。这归因于ZNFs增加的表面积和粗糙度，以及植物提取物中酚类物质提供的多种相互作用位点。
3.4. 扫描电镜和SEM-EDX分析
SEM显示所有海绵均具有发达的多孔结构。在CSLLvF@ZNFs-WSS和CSLLvF@ZNFs-ESS样品中，可见ZNFs成功负载于孔壁及其内部。SEM-EDX元素Mapping显示，与ZNFs相关的铜（Cu）和磷（P）信号在孔壁区域富集。三维表面轮廓仪测量显示，改性海绵的表面粗糙度参数（Ra, Rmax）显著高于CSLLvF，其中CSLLvF@ZNFs-ESS的粗糙度最高。
3.5. Cu2+浸出测试
原子吸收光谱（AAS）分析表明，两种含ZNFs的海绵在磷酸盐缓冲液中浸泡72小时后，仅释放出极微量的Cu2+（低于0.015 mg/L），证明ZNFs在材料中结构稳定，铜离子浸出风险极低。
3.6. 水蒸气透过率（WVTR）
所有海绵的WVTR值均在1989-2188 g/m2/day之间，处于伤口敷料理想的透湿范围（2000-2500 g/m2/day）内。含植物提取物的样品WVTR略有升高，这与它们更粗糙、更多孔的微观结构相符。
3.7. 热分析
热重分析（TGA）显示，加入ZNFs和植物提取物后，海绵主要分解阶段的起始温度和最大失重速率温度均有所提高，表明材料的熱稳定性得到增强，尤其是CSLLvF@ZNFs-ESS样品。
3.7.1. 溶胀与生物降解速率
在pH 7.4和5.5的缓冲液中，海绵均表现出快速吸水溶胀的能力。含植物提取物的样品溶胀率高于CSLLvF，其中CSLLvF@ZNFs-WSS的溶胀率最高。在溶菌酶存在的降解实验中，含植物提取物的海绵降解速度慢于CSLLvF，显示出更稳定的酶解耐受性。
3.8. 抗炎特性
通过抑制BSA热变性实验评估抗炎活性。所有材料均表现出剂量依赖性。在500 μg/mL浓度下，CSLLvF@ZNFs-WSS和CSLLvF@ZNFs-ESS分别能抑制约82.1%和75.2%的蛋白质变性，显著高于未改性的CSLLvF（约55.2%），证明植物提取物和ZNFs的引入协同增强了材料的抗炎潜力。
3.9. 抗氧化特性
DPPH自由基清除实验表明，海绵提取物具有显著的抗氧化能力。在500 μg/mL测试浓度下，CSLLvF@ZNFs-WSS和CSLLvF@ZNFs-ESS的清除率分别达到约89.2%和85.1%，远高于CSLLvF（约58.7%），这主要源自Sideritis scardica提取物中丰富的酚类物质。
3.10. 抗菌研究
针对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）、铜绿假单胞菌（PA）和白念珠菌（CA）的测试表明，所开发的海绵材料对这三种微生物均表现出中等的抑菌效果，能显著降低其相对活性，但效果弱于商品化的含氯己定敷料（Bactigras?）。
3.11. 生物相容性研究
细胞毒性实验（MRC-5人肺成纤维细胞）显示，与材料共培养24和72小时后，细胞存活率均高于70%，表明材料具有优异的细胞相容性。溶血实验证实，材料与人红细胞共孵育后，溶血率极低（<5%），符合生物材料的安全要求。
3.12. 划痕-伤口愈合实验
在划痕实验中，与CSLLvF@ZNFs-WSS或CSLLvF@ZNFs-ESS浸提液共培养的成纤维细胞，其划痕区域的闭合速度显著快于对照组和CSLLvF组。大约在100小时内，细胞基本覆盖了划痕区域，表明材料形成的初始蛋白层或释放的生物活性成分能有效促进成纤维细胞的迁移，这对于伤口愈合至关重要。
3.13. 加速老化后的稳定性评估
将海绵置于40°C、75%相对湿度的气候箱中储存3个月后，重新测试其生物相容性、抗炎、力学和抗菌性能。结果显示，材料在加速老化后仍能保持其核心的界面功能和生物学活性，证明了其良好的储存稳定性。
3.14. 蛋白质吸附
荧光光谱研究表明，所有海绵对HSA的吸附量均高于对Fb的吸附量，表现出对HSA的优先吸附趋势。这种选择性吸附行为被认为有利于形成一个更“友好”的初始蛋白层，从而促进后续的细胞良性响应。吸附等温线拟合表明，蛋白质在材料界面的吸附更符合Freundlich模型，提示其发生在非均质的、具有不同吸附位点能量的表面上。加入ZNFs和提取物后，材料的蛋白吸附行为发生了调制。
结论与讨论
这项研究通过精妙的分子与纳米尺度设计，成功构建了一种新型的全天然多糖基杂化海绵材料。其核心创新在于将多组分多糖基体、首次报道的香菇多糖基二醛交联剂（DhLen）、具有分级结构的玉米醇溶蛋白纳米花（ZNFs）以及药用植物Sideritis scardica提取物整合到一个共价交联强化的宏观分子网络中，系统研究了由此产生的工程化“孔壁纳米-生物界面”如何调控蛋白质吸附、细胞行为及材料稳定性。
研究结果表明，DhLen提供了高效的共价交联，奠定了网络的稳定性基础；ZNFs的引入显著改变了孔壁的纳米级形貌与粗糙度，增加了界面复杂性；而植物提取物则通过超分子相互作用进一步功能化并稳定界面，同时赋予材料优异的抗氧化和抗炎活性。这种多级界面工程策略共同作用，导致材料对人血清白蛋白（HSA）表现出优于纤维蛋白原（Fb）的选择性吸附，体外划痕实验证实这种有利的初始蛋白层形成与加速的成纤维细胞迁移行为相关。此外，材料还展现出可调节的溶胀性、适宜的水蒸气透过率、良好的力学性能、优异的细胞相容性、中等的抗菌效果以及在加速老化条件下的性能稳定性。
该工作的重要意义在于，它超越了简单地组合生物活性成分的常规思路，首次在完全天然来源的体系中，深入揭示了通过理性设计孔壁界面的共价与非共价相互作用，能够主动调控其与生物流体的初始相互作用（蛋白质吸附），并最终引导有益的细胞响应。这不仅为理解湿润伤口环境中多孔生物材料的界面生物学提供了新的机制见解，也为开发下一代具有主动修复功能的智能伤口敷料和软组织工程支架提供了全新的材料设计范式和研究思路。论文所展示的“界面工程”理念，对于未来设计更复杂、功能更精准的生物医学材料具有普遍的启发意义。
