文章刊登于《中國(guó)科技產(chǎn)業(yè)》雜志

202508期“院士專論

皮膚作為人體最大的器官，不僅是抵御外界侵襲的天然屏障，更承載著感知、調(diào)節(jié)體溫等重要生理功能。在人口老齡化加劇、意外傷害頻發(fā)的當(dāng)下，皮膚缺損修復(fù)已成為關(guān)乎國(guó)民健康的重大臨床命題。我國(guó)每年因創(chuàng)傷、疾病、自然災(zāi)害等導(dǎo)致的皮膚缺損病例超百萬(wàn)，而長(zhǎng)期以來(lái)，該領(lǐng)域核心修復(fù)材料被國(guó)外產(chǎn)品壟斷，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占比不足30%。這種“卡脖子”的局面，不僅推高了醫(yī)療成本，更制約了我國(guó)創(chuàng)傷救治水平的提升。在此背景下，生物活性梯度復(fù)合材料技術(shù)的突破，不僅實(shí)現(xiàn)了全層皮膚修復(fù)領(lǐng)域的原創(chuàng)性跨越，更構(gòu)建起從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的完整創(chuàng)新鏈，為我國(guó)生物醫(yī)用材料發(fā)展并躋身全球第一方陣奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

一、臨床需求驅(qū)動(dòng)：全層皮膚創(chuàng)傷修復(fù)材料的技術(shù)瓶頸與突圍方向

皮膚創(chuàng)傷修復(fù)的臨床需求具有顯著的復(fù)雜性與多樣性。從深度上看，可分為表皮缺損、真皮缺損及全層皮膚缺損，其中全層皮膚缺損因涉及表皮、真皮及附屬器（毛囊、汗腺等）的同步再生，被視為修復(fù)領(lǐng)域的“珠穆朗瑪峰”。傳統(tǒng)修復(fù)材料在應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)時(shí)，始終難以突破三大技術(shù)瓶頸。

其一，生物相容性與降解行為的失衡。早期的不可降解合成高分子材料（如硅膠）雖能暫時(shí)覆蓋創(chuàng)面，但無(wú)法參與組織再生，且需二次手術(shù)取出，不僅增加患者痛苦，更可能引發(fā)感染等并發(fā)癥。動(dòng)物源性膠原材料雖具備一定生物活性，但異源蛋白引發(fā)的免疫排斥反應(yīng)發(fā)生率高，且降解速率與組織再生進(jìn)程難以匹配。

其二，結(jié)構(gòu)仿生與功能協(xié)同的缺失。人體皮膚具有精密的層級(jí)結(jié)構(gòu)：表皮層致密防水，真皮層多孔富血供，二者通過(guò)基底膜緊密連接。傳統(tǒng)材料或僅能模擬單一層次的物理特性，或雖嘗試復(fù)合結(jié)構(gòu)卻無(wú)法實(shí)現(xiàn)各層功能的協(xié)同-如部分仿真皮材料雖采用多孔設(shè)計(jì)，卻因孔徑分布不合理，難以引導(dǎo)血管長(zhǎng)入；仿表皮材料則因透氣性與防水性的天然矛盾，常導(dǎo)致創(chuàng)面積液或干燥壞死。

其三，被動(dòng)替代與主動(dòng)再生的鴻溝。傳統(tǒng)材料多停留在“物理屏障”的被動(dòng)功能層面，無(wú)法主動(dòng)調(diào)控細(xì)胞行為、促進(jìn)活性因子分泌或抑制瘢痕形成。對(duì)于糖尿病潰瘍等慢性創(chuàng)面，因其存在微循環(huán)障礙、感染風(fēng)險(xiǎn)高、再生能力弱等問(wèn)題，傳統(tǒng)材料的修復(fù)成功率不足50%，成為臨床亟待解決的難點(diǎn)。

這些瓶頸的本質(zhì)，是材料科學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)等多學(xué)科交叉融合的不足。突破這些瓶頸，需要從"結(jié)構(gòu) - 功能 - 再生"的協(xié)同調(diào)控入手，構(gòu)建具有主動(dòng)誘導(dǎo)再生能力的新一代生物材料體系。我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)正是基于這一認(rèn)知，確立了 "梯度復(fù)合、活性仿生、精準(zhǔn)調(diào)控"的技術(shù)路線，開(kāi)啟了全層皮膚創(chuàng)傷修復(fù)材料的原創(chuàng)性研發(fā)。

二、原創(chuàng)技術(shù)突破：生物活性梯度復(fù)合材料的三大核心創(chuàng)新

生物活性梯度復(fù)合材料技術(shù)的突破，是一套涵蓋材料設(shè)計(jì)、制備工藝、功能調(diào)控的系統(tǒng)性創(chuàng)新體系。這一體系以“模擬人體皮膚天然結(jié)構(gòu)與再生規(guī)律”為核心，實(shí)現(xiàn)了從材料性能到治療效果的全方位躍升。

(一)天然高分子梯度復(fù)合支架：結(jié)構(gòu)仿生的精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)

人體皮膚的層級(jí)結(jié)構(gòu)是其功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，構(gòu)建與之匹配的梯度復(fù)合支架，是突破傳統(tǒng)材料結(jié)構(gòu)仿生不足的關(guān)鍵。我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)以絲素蛋白（SF）與海藻酸鈉（SA）為基材，通過(guò)分子設(shè)計(jì)與工藝創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了仿生表皮層與真皮層的一體化制備。

材料選擇有天然優(yōu)勢(shì)：絲素蛋白具有優(yōu)異的生物相容性與可降解性，其分子鏈中的氨基酸序列與人體膠原蛋白高度相似，能為細(xì)胞黏附提供理想的生物信號(hào)；海藻酸鈉則具有良好的保濕性，且可通過(guò)離子交聯(lián)實(shí)現(xiàn)快速固化。二者的協(xié)同作用，既保留了天然高分子的生物活性，又克服了單一材料的性能局限。

梯度結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)控：通過(guò)優(yōu)化材料成分配比與交聯(lián)工藝，我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了表皮層與真皮層的無(wú)縫銜接。表皮層厚度精準(zhǔn)控制在 0.2~0.3mm，其相對(duì)致密結(jié)構(gòu)可有效阻擋水分蒸發(fā)與細(xì)菌侵入，接近正常皮膚水平；真皮層則采用冷凍干燥工藝，構(gòu)建出孔徑100~200μm的三維多孔結(jié)構(gòu)，這種孔徑范圍恰好匹配血管內(nèi)皮細(xì)胞的遷移需求，為活性因子富集與細(xì)胞定植提供了理想微環(huán)境。

降解行為層級(jí)匹配：表皮層因交聯(lián)度較高，降解周期控制在3-4周，與創(chuàng)面愈合上皮化進(jìn)程同步；真皮層交聯(lián)度較低，降解周期控制在1-2周，與真皮組織再生的時(shí)間窗口精準(zhǔn)匹配。這種“表皮慢降解、真皮快降解”的梯度降解特性，徹底解決了傳統(tǒng)材料“降解過(guò)快失去支撐”或“降解過(guò)慢需二次手術(shù)”的難題。

梯度復(fù)合支架技術(shù)的突破，標(biāo)志著我國(guó)在天然高分子材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與功能調(diào)控領(lǐng)域達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，其跳出“單一材料性能優(yōu)化”的傳統(tǒng)思路，轉(zhuǎn)向“層級(jí)結(jié)構(gòu)-功能需求-再生規(guī)律”的協(xié)同設(shè)計(jì)，為復(fù)雜組織修復(fù)材料的研發(fā)提供了范式參考。

（二）鈣磷納米粉體工程化：無(wú)機(jī) - 有機(jī)復(fù)合的性能躍升

生物材料的力學(xué)性能與降解行為，是影響其臨床應(yīng)用的另一關(guān)鍵因素。傳統(tǒng)有機(jī)高分子支架雖生物相容性優(yōu)異，但力學(xué)強(qiáng)度不足，難以滿足皮膚修復(fù)中的力學(xué)支撐需求；而無(wú)機(jī)非金屬材料雖強(qiáng)度高，卻存在脆性大、生物活性不足的問(wèn)題。構(gòu)建有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合材料支架，關(guān)鍵在于解決無(wú)機(jī)材料納米粉體的工程化制備與均勻分散難題。

羥基磷灰石（HA）與β-磷酸三鈣（β-TCP）是人體的主要無(wú)機(jī)成分，具有優(yōu)異的生物活性與生物相容性。但二者的納米粉體制備長(zhǎng)期面臨"規(guī)模化與均一性不可兼得"的困境：傳統(tǒng)水熱法雖能制備納米粉體，但產(chǎn)量?jī)H為克級(jí)，且粒徑分布寬（20~200nm）；固相法雖可量產(chǎn)，卻無(wú)法突破微米級(jí)粒徑限制。我國(guó)科研人員創(chuàng)新采用微波-超聲-水熱多場(chǎng)耦合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了這一領(lǐng)域的突破性進(jìn)展。

該技術(shù)通過(guò)多能量場(chǎng)發(fā)揮協(xié)同作用：微波場(chǎng)提供快速均勻的加熱，避免局部過(guò)熱導(dǎo)致顆粒異常長(zhǎng)大；超聲場(chǎng)通過(guò)空化效應(yīng)產(chǎn)生高頻振動(dòng)，打破顆粒間的范德華力，促進(jìn)分散；水熱場(chǎng)則提供晶體生長(zhǎng)環(huán)境并確保納米顆粒的結(jié)晶度。通過(guò)調(diào)控反應(yīng)濃度、溫度，提高傳質(zhì)傳熱效率，最終實(shí)現(xiàn)了HA與β-TCP納米粉體的公斤級(jí)量產(chǎn)，推動(dòng)我國(guó)無(wú)機(jī)納米生物材料從實(shí)驗(yàn)室研究邁向工程化應(yīng)用。

技術(shù)轉(zhuǎn)化層面，該成果已形成中國(guó)生物材料學(xué)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)兩項(xiàng)（《生物醫(yī)用羥基磷灰石納米粉體》和《生物醫(yī)用β-磷酸三鈣納米粉體》），并獲得國(guó)家藥監(jiān)局原輔料備案登記，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，為行業(yè)規(guī)范化發(fā)展提供了技術(shù)支撐。這一突破形成了“納米粉體-復(fù)合支架-性能調(diào)控”的完整技術(shù)鏈條，以此為基礎(chǔ)構(gòu)建的有機(jī)(SF/SA)-無(wú)機(jī)(HA/β-TCP)復(fù)合材料支架，呈現(xiàn)出顯著的臨床性能躍升。

（三）生命體-人工材料多體復(fù)合：主動(dòng)調(diào)控再生的治療新范式

皮膚創(chuàng)傷修復(fù)的終極目標(biāo)不僅是創(chuàng)面閉合，還要實(shí)現(xiàn)皮膚附屬器（毛囊、汗腺、皮脂腺等）的再生與功能重建，同時(shí)抑制瘢痕形成。傳統(tǒng)人工材料生物活性不足，無(wú)法主動(dòng)調(diào)控細(xì)胞行為，導(dǎo)致修復(fù)后皮膚常出現(xiàn)“無(wú)附屬器、高瘢痕”的問(wèn)題。生命體-人工材料多體復(fù)合技術(shù)的創(chuàng)新提高了復(fù)合材料的生物活性。

人源臍帶血間充質(zhì)干細(xì)胞（hUCB-MSCs）具有多向分化潛能，可分化為成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞等皮膚組織細(xì)胞，且免疫原性低，不易引發(fā)排斥反應(yīng)。我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新研發(fā)了干細(xì)胞-材料支架共培養(yǎng)技術(shù)，通過(guò)在支架真皮層預(yù)先構(gòu)建“細(xì)胞定植位點(diǎn)”（孔徑100-150μm的靶向孔道），使hUCB-MSCs的定植效率提升。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示，該多體復(fù)合技術(shù)技術(shù)可顯著促進(jìn)毛囊再生，并抑制瘢痕的形成，解決了“只長(zhǎng)皮、不長(zhǎng)器”的行業(yè)難題。

慢性難愈合創(chuàng)面（如糖尿病潰瘍創(chuàng)面）的治療，面臨感染與再生的雙重挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)治療需聯(lián)合使用抗生素與修復(fù)材料，存在藥物遞送不均、易產(chǎn)生耐藥性等問(wèn)題。我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新研發(fā)載益生菌功能化復(fù)合材料支架，利用益生菌可分泌乳酸、細(xì)菌素等物質(zhì)，對(duì)金黃色葡萄球菌、大腸桿菌等致病菌的抑制率達(dá)90%以上；同時(shí)，其代謝產(chǎn)物可促進(jìn)巨噬細(xì)胞向抗炎表型極化，降低炎癥因子水平，創(chuàng)造有利于再生的微環(huán)境，為臨床抗生素濫用問(wèn)題提供了替代方案。

生命體-人工材料多體復(fù)合技術(shù)創(chuàng)新構(gòu)建了“材料為基、細(xì)胞/微生物為用”的動(dòng)態(tài)調(diào)控體系：支架不僅是承載載體，更是信號(hào)傳遞的樞紐，通過(guò)復(fù)合材料的梯度孔隙結(jié)構(gòu)、降解行為調(diào)控生命體的活性與功能，實(shí)現(xiàn)“抑菌-抗炎-再生”的一體化治療。這種多體復(fù)合的思路，打破了材料科學(xué)與生命科學(xué)的學(xué)科壁壘，為復(fù)雜創(chuàng)面治療提供了全新策略。

三、臨床轉(zhuǎn)化與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新：從實(shí)驗(yàn)室到市場(chǎng)的跨越

科技創(chuàng)新的價(jià)值，最終要體現(xiàn)在臨床應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)上。生物活性梯度復(fù)合材料技術(shù)通過(guò)構(gòu)建"基礎(chǔ)研究-中試放大-標(biāo)準(zhǔn)制定-臨床驗(yàn)證"的全鏈條創(chuàng)新模式，實(shí)現(xiàn)了從技術(shù)突破到產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的跨越式發(fā)展。

該技術(shù)已在全國(guó)20余家三甲醫(yī)院、高校和企業(yè)推廣應(yīng)用，并開(kāi)展臨床試驗(yàn)，形成了覆蓋糖尿病慢性潰瘍、深度燒傷、壓瘡等復(fù)雜創(chuàng)面的系列解決方案。我國(guó)產(chǎn)學(xué)研合作團(tuán)隊(duì)協(xié)同相關(guān)醫(yī)院制定了創(chuàng)傷修復(fù)醫(yī)療器械植入產(chǎn)品的評(píng)價(jià)方法與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，從創(chuàng)面愈合速度、皮膚彈性、附屬器再生數(shù)量、瘢痕指數(shù)等12項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)估，確保了技術(shù)應(yīng)用的規(guī)范性與可靠性，也形成了“臨床需求牽引技術(shù)研發(fā)，技術(shù)進(jìn)步反哺臨床治療”的良性循環(huán)。

生物活性梯度復(fù)合材料技術(shù)的突破推動(dòng)了產(chǎn)業(yè)鏈的形成與升級(jí)。在國(guó)際市場(chǎng)上，相關(guān)國(guó)產(chǎn)材料通過(guò)美國(guó)FDA傷口敷料注冊(cè)，并出口歐美市場(chǎng)，打破了美國(guó)Integra、日本Pelnac等國(guó)際巨頭的長(zhǎng)期壟斷。這一突破的意義不僅在于經(jīng)濟(jì)效益，更在于確立了我國(guó)在皮膚創(chuàng)傷修復(fù)材料領(lǐng)域的國(guó)際話語(yǔ)權(quán)，改變了“國(guó)外產(chǎn)品即高端”的行業(yè)認(rèn)知。

四、學(xué)科拓展與未來(lái)展望：從創(chuàng)傷修復(fù)到再生醫(yī)學(xué)的廣闊前景

我國(guó)生物活性梯度復(fù)合材料技術(shù)的突破，不僅解決了皮膚創(chuàng)傷修復(fù)的臨床難題，更構(gòu)建起一套可推廣的創(chuàng)新體系，為其它組織修復(fù)領(lǐng)域提供了借鑒。在骨修復(fù)領(lǐng)域，基于梯度復(fù)合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路，我國(guó)科研人員研發(fā)了“軟骨-骨”梯度修復(fù)材料；在神經(jīng)再生領(lǐng)域，采用靜電紡絲技術(shù)構(gòu)建了“軸突引導(dǎo)-營(yíng)養(yǎng)支持”的梯度復(fù)合材料支架。未來(lái)，隨著生物3D打印、智能響應(yīng)材料等技術(shù)的融合，生物活性梯度復(fù)合材料將邁向"精準(zhǔn)定制"的新階段。

從學(xué)科發(fā)展視角看，生物活性梯度復(fù)合材料技術(shù)體系推動(dòng)生物材料從“被動(dòng)替代”向“主動(dòng)調(diào)控”的范式轉(zhuǎn)變：材料不再是簡(jiǎn)單的組織替代物，而是具有"感知-響應(yīng)-調(diào)控"功能的活性單元，能夠參與并引導(dǎo)組織再生的全過(guò)程。這種范式轉(zhuǎn)變，將重塑再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展路徑，為創(chuàng)傷救治、器官移植等重大醫(yī)學(xué)問(wèn)題提供全新解決方案。

生物活性梯度復(fù)合材料技術(shù)的突破，是我國(guó)生物醫(yī)用材料在國(guó)際領(lǐng)域從“跟跑”到“領(lǐng)跑”的生動(dòng)縮影。這一突破的背后，是“需求導(dǎo)向、學(xué)科交叉、產(chǎn)學(xué)研用”創(chuàng)新體系的成功實(shí)踐：以臨床需求為出發(fā)點(diǎn)，打通材料科學(xué)、生物學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)的學(xué)科壁壘，通過(guò)基礎(chǔ)研究突破核心技術(shù)，依托企業(yè)實(shí)現(xiàn)工程化量產(chǎn)，最終通過(guò)醫(yī)院臨床驗(yàn)證反哺患者。

在“健康中國(guó)”戰(zhàn)略深入實(shí)施的今天，生物醫(yī)用材料作為醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)的核心組成部分，其自主可控關(guān)乎國(guó)家醫(yī)療安全與產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。我國(guó)生物活性梯度復(fù)合材料技術(shù)的創(chuàng)新實(shí)踐證明，只有堅(jiān)持原創(chuàng)性、引領(lǐng)性科技攻關(guān)，才能打破國(guó)外壟斷，構(gòu)建自主可控的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新鏈；只有強(qiáng)化知識(shí)產(chǎn)權(quán)引領(lǐng)，才能提升我國(guó)在全球產(chǎn)業(yè)分工中的話語(yǔ)權(quán)；只有推動(dòng)學(xué)科交叉融合，才能不斷開(kāi)辟新的科技前沿。

展望未來(lái)，隨著技術(shù)的持續(xù)迭代與拓展，生物活性梯度復(fù)合材料必將在更多組織創(chuàng)傷修復(fù)領(lǐng)域綻放光彩，為提升國(guó)民健康水平、推動(dòng)生物醫(yī)用材料產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展貢獻(xiàn)更大力量，最終實(shí)現(xiàn)從“材料大國(guó)”到“材料強(qiáng)國(guó)”的歷史性跨越。