不同创伤通常会造成皮肤和软组织损伤，对人类健康构成高风险。因此，促进伤口愈合和监测伤口分泌物的标记物是至关重要的。研究发现，如伤口分泌物的氢离子浓度（pH值）和炎症因子多种指标，在评估伤口愈合状态中起着至关重要的作用。为了监测伤口恢复过程并促进伤口愈合，已经发展了许多策略，如伤口清创、伤口补片和纺织品。其中，透气纺织品可有效止血，防止伤口细菌感染。然而，大多数纺织品是化学合成的，难以降解，生物相容性差。虽然有些生物材料纺织品具有相当高的生物相容性，但其较差的弹性阻碍了其在特定伤口区域（如手腕、膝盖和其他关节）的进一步应用。因此，具有高弹性和良好生物相容性的多功能伤口防护纺织品有望被开发用于伤口愈合和监测。
鉴于上述需求，南京工业大学何冰芳、高兵兵等开发了一种具有高拉伸性能的智能人造蜘蛛丝蛋白（spidroin）复合可编程织物（i-SPT），该织物在伤口处理中具有生化传感、透气及运动监测等特性。i-SPT上的图案化微流控通道允许液体自发流过通道，pH响应光子晶体（PC）使i-SPT能够在伤口区域敏感地感应氢离子浓度，同时，i-SPT上的高度集成微电子电路为运动监控提供了高灵敏度。i-SPT促进伤口愈合的能力已通过治疗糖尿病小鼠模型的全皮肤伤口得到证实，为伤口管理提供了一种新颖有效的解决方案。相关工作于近期以题为“Artificial Spider Silk Based Programmable Woven Textile for Efficient Wound Management”发表在了《Advanced Functional Materials》上。
为了实现上述过程，选择E.australis MaSp1的N-末端结构域（NT）和具有高度pH敏感性和溶解性的A.ventricosus MiSp的C-末端结构域（CT）以及E.australis的短重复区（Rep）构建了嵌合体重组蜘蛛丝蛋白。将融合标签NusA应用于融合到重组蜘蛛丝蛋白以提高异源表达的重组蜘蛛丝蛋白在大肠杆菌中的溶解度，His标签融合到重组蜘蛛丝蛋白的C-末端结构域上方便重组蛋白通过镍螯合亲和层析纯化。重组蜘蛛丝蛋白的条带与预期分子量（32 kDa）相对应，通过SDS-PAGE凝胶扫描分析鉴定纯度在90%以上。由于重组蜘蛛丝蛋白的机械性能远远低于天然蜘蛛丝蛋白，有必要与天然或合成聚合物混合以改善重组蜘蛛丝蛋白的机械性能。聚氨酯弹性体（PU）具有优异的韧性、耐磨性、柔软触感、防潮性和耐各种化学品性, 在此基础上，选择PU作为共混体系（SP），以提高重组蛋白的力学性能。拉伸和回复试验表明，混合溶液制备的薄膜性能得到显著改善。通过改变混合溶液中蜘蛛丝蛋白比例，可获得不同的SP膜弹性。SP薄膜的最大拉伸长度超过9倍，最后选择蜘蛛丝蛋白与PU按7:3的比例混合溶液进行进一步实验。
SP构建及力学性能
通过直接复制硅微柱模板获得PDMS模具，然后在模具上浇注光子晶体（PCs）至干燥，最后浇注SP溶液，并在常温干燥后脱落。改变PC的间距和颜色以及SP薄条的宽度可以增加SP的多样性和适用性。通过激光切割将图案化SP膜切割成薄片，以便在室温下进行后续实验。通过模具调节微阵列的尺寸和间距，以获得具有不同微柱的SP。从侧面观察SP的显微镜图像表明，通过该方法可以简单而准确地获得具有微观结构的SP。
SP的微观结构制备
玻璃板上具有一系列直径和间隔的SP条用于验证SP的自发液体流动性能。等离子体处理后，SP的亲水性得到改善，然后将水滴添加到长条的侧面。由于毛细管力，液体自发流过SP，通过记录水滴的流动距离和相应的时间消耗来计算流速。通过选择具有不同直径和间隔的微阵列的SP，可以调整流速。根据要求设计多种纺织品图案，使SP适用于微流控应用。
液体流动性能测试
伤口微环境的pH值越来越受到重视，因为它被认为是影响愈合过程的部分因素,一般认为酸性微环境可以促进伤口愈合。PCs膜可以对水溶液中的氢或羟基离子作出反应，并表现出pH依赖性结构颜色。当环境溶液的pH值在4–9范围内时，PCs膜呈现蓝色。随后，当pH值在10–12范围内时，颜色变为绿色。在测量过程中，薄膜的反射光谱与结构颜色的变化一致，具体而言，结构颜色先从450 nm移动到470 nm（pH 6-9），然后又回落到450 nm（pH 9-14）。这些结果表明，含有PC的SP弹性膜可用于伤口管理中的pH监测。
pH响应
除了检测伤口的pH值外，伤口区域的移动也可能影响愈合过程。伤口处理期间的运动监测旨在监测伤口周围发生的无意识暴力拉伸。对于一些慢性病患者，例如糖尿病足患者，由于足神经坏死，他们几乎无法注意到这种剧烈拉伸的发生。当这种剧烈的拉伸在不知不觉中频繁发生时，慢性伤口可能会面临一个漫长而艰难的愈合过程。反复运动会抑制伤口周围组织和细胞的生长，尤其是关节处的伤口拉伸，这会阻碍伤口愈合。因此，监测运动也是愈合过程中的一个重要因素。SP集成了微通道和基于MXene的微电路。SP上的有序阵列结构可导致含有导电材料的液体在毛细管力作用下随SP流动，最终在溶剂蒸发后形成微电路。由于其导电性和结构颜色的优势，SP被认为是柔性电子应用中理想的候选者。研究人员设计并开发了一系列复合可编程织物（i-SPT）。SP直接连接到志愿者的手指、手腕和肘关节用于运动传感。实时阻力随着弯曲角度的逐渐增大而增大。当SP粘附在手腕和肘部时，SP膜的电阻表现出与手腕和肘部引起的变形相对应的快速稳定变化。这些结果表明，SP在动态活动中具有高灵敏度和稳定的运动检测。
SP的运动监测
研究人员通过进一步在糖尿病小鼠背部切割直径为1cm的伤口，以研究SP材料的伤口愈合能力。通过在特定时间（0、3、6、9和12天）拍摄伤口区域照片来观察愈合情况。与对照组相比，通过在伤口愈合期间维持伤口区域的生物安全环境，载药i-SPT组能够迅速恢复良好，进一步表明i-SPT具有良好的生物相容性和高透气性。此外，i-SPT在伤口愈合过程中具有非凡的运动传感能力，并能通过监测pH值反映感染程度。所有观察结果显示 i-SPT在伤口愈合方面具有神奇的效果。
伤口愈合效果
综上，研究人员开发了一种具有高度可伸缩性、易降解性和生物相容性的i-SPT，包括用于伤口愈合和检测的PCs结构、微流控通道和微电路。通过将重组蜘蛛丝蛋白溶液与PU按一定比例混合，然后复制通过从Si微柱模板剥离弯曲PDMS前体获得的负PDMS模具。这种制造工艺操作简单，成本低。具有PCs结构的i-SPT具有优异的可逆pH响应性。同时，所得复合材料具有天然蜘蛛丝的高强度拉伸性能，具有良好的生物相容性和降解性。i-SPT上的图案用于形成高度集成的微电路，以便对运动频率（手指、手腕和肘部）进行传输。此外，i-SPT的气体交换能力通过小鼠伤口愈合实验得到证实。这些结果表明，高度集成的i-SPT可能为开发用于伤口管理的皮肤贴附医疗设备提供新的见解。