想象一下，每天被當(dāng)作垃圾丟棄的橘子皮，搖身一變成為治療糖尿病患者傷口的“神奇藥膏”——這聽起來像是天方夜譚，卻正在中國的實驗室里變?yōu)楝F(xiàn)實。

2025年6月，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類研究所欒明寶團隊在國際期刊《國際生物大分子雜志》上發(fā)表了一項突破性研究：他們利用柑橘皮廢料開發(fā)出的新型納米材料，能讓糖尿病患者的傷口愈合速度提升2.7倍。

國際糖尿病聯(lián)盟發(fā)布的最新數(shù)據(jù)顯示，2024年全球范圍內(nèi)20-79歲成人糖尿病患者約有5.89億。這項技術(shù)不僅為全球的糖尿病患者帶來了新希望，更是將農(nóng)業(yè)廢棄物轉(zhuǎn)化為高值醫(yī)療產(chǎn)品的完美典范。

種類豐富的柑橘屬作物

（圖片來源：維基百科）

糖尿病傷口：高血糖環(huán)境提供的細菌“溫床”

對于健康人來說，不小心劃破手指可能兩三天就愈合了。但對糖尿病患者而言，哪怕是一個微小的傷口都可能演變成噩夢。為什么糖尿病患者的傷口如此難愈合？這要從高血糖對人體的影響說起。長期的高血糖環(huán)境就像給細菌提供了一個五星級酒店，特別是那些“超級細菌”——例如耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）。這類細菌在高糖環(huán)境中瘋狂繁殖，形成頑固的生物膜，普通抗生素對它們幾乎束手無策。

更糟糕的是，糖尿病還會損害患者的血管系統(tǒng)。微血管病變使得傷口周圍的血液循環(huán)變差，就像一條高速公路突然變成了羊腸小道，營養(yǎng)物質(zhì)和免疫細胞無法及時送達“前線”。與此同時，患者的免疫系統(tǒng)也在高血糖的摧殘下變得遲鈍，白細胞如同電力不足的防御機器人，反應(yīng)遲緩且戰(zhàn)斗力驟降，無法有效清除入侵的細菌。

糖尿病容易引發(fā)的癥狀

（圖片來源：維基百科）

傳統(tǒng)的治療方法主要依賴抗生素和普通敷料，但效果往往不盡如人意?？股氐臑E用導(dǎo)致細菌耐藥性越來越強，而傳統(tǒng)敷料只能起到簡單的物理隔離作用，缺乏主動抗菌和促進愈合的功能。許多患者需要數(shù)月甚至數(shù)年的治療，不僅身心備受煎熬，還給家庭和社會帶來沉重的經(jīng)濟負擔(dān)。

柑橘皮的華麗轉(zhuǎn)身：從垃圾到寶藏

傳統(tǒng)治療的局限性為新型醫(yī)用材料研發(fā)提出了迫切需求。在這一背景下，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院團隊對柑橘皮資源的創(chuàng)新利用展現(xiàn)出了突破性價值。

柑橘是蕓香科柑橘屬植物果實的總稱，涵蓋了這一屬中所有的野生種和栽培種。這個大家族包括了我們熟悉的各種水果：從個頭碩大的柚子、帶有獨特香味的枸櫞，到日常生活中常見的橘子、柑子和橙子，還有味道偏酸的酸橙、體型較大的葡萄柚、富含維生素C的檸檬、調(diào)味常用的萊姆，以及小巧玲瓏的金柑等。這些水果既包括自然界中的原生品種，也包括人工培育的雜交種和改良品種。我國是世界上最大的柑橘生產(chǎn)國，每年柑橘加工產(chǎn)業(yè)會產(chǎn)生超過千萬噸的果皮廢渣。這些果皮通常被當(dāng)作垃圾處理，不僅浪費資源，還會造成環(huán)境污染。

然而，在科學(xué)家眼中，這些廢棄的果皮卻蘊藏著巨大的寶藏。欒明寶研究員帶領(lǐng)團隊，開始了一場變廢為寶的探索之旅。他們首先將目光投向了柑橘皮中的果膠——一種天然的多糖類物質(zhì)。果膠在我們的日常生活中并不陌生，它是制作果醬時讓果醬變稠的關(guān)鍵成分。但科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，果膠的作用遠不止于此。

通過精密的提取和純化工藝，研究團隊從柑橘皮渣中獲得了高純度的果膠。這種天然高分子不僅具有良好的生物相容性，不會引起人體的排異反應(yīng)，還擁有獨特的凝膠化特性。當(dāng)果膠遇到鈣離子時，會形成一種類似“雞蛋盒”的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這個結(jié)構(gòu)可以像海綿一樣包裹和緩慢釋放藥物成分。

更令人驚喜的是，研究發(fā)現(xiàn)柑橘果膠本身就是一個“多面手”。它具有抗氧化作用，能夠清除體內(nèi)的自由基；具有抗炎功能，可以減輕過度的炎癥反應(yīng)；還能調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)，幫助機體更好地對抗感染。這些特性使得柑橘果膠成為制作醫(yī)用材料的理想選擇。

傳統(tǒng)藥材的現(xiàn)代演繹：枳殼與納米銀的奇妙邂逅

如果說柑橘果膠是這個新材料的“骨架”，那么納米銀就是它的“靈魂”。納米銀因其強大的抗菌能力而被譽為“超級抗菌劑”，但傳統(tǒng)的化學(xué)合成方法往往需要使用有毒的還原劑，這限制了它在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用。

研究團隊發(fā)現(xiàn)，枳殼（酸橙的干燥幼果）富含各種黃酮類化合物，這些天然化合物具有很強的還原能力，能夠?qū)y離子還原成納米級的銀顆粒。

整個制備過程展現(xiàn)了精準的分子調(diào)控：銀離子在枳殼提取物的作用下，逐漸聚集形成納米顆粒，而黃酮類化合物則像保鏢一樣包圍在納米銀周圍，防止它們過度聚集。通過這種綠色合成方法制備的納米銀，不僅保持了強大的抗菌活性，還大大降低了對人體細胞的毒副作用。

實驗數(shù)據(jù)令人振奮，枳殼合成的納米銀對MRSA這種“超級細菌”的殺傷率高達99.8%，幾乎可以說是“一網(wǎng)打盡”。更重要的是，這種納米銀對正常的人體細胞卻相當(dāng)友好，毒性極低，這為其臨床應(yīng)用掃清了一大障礙。

微觀世界的激烈戰(zhàn)斗：納米銀如何擊敗超級細菌？

那么，納米銀是如何實現(xiàn)這種高效殺菌的？要理解納米銀的抗菌機制，我們需要把視角縮小到納米尺度。當(dāng)MRSA細菌遇到納米銀時，一場微觀世界的“星球大戰(zhàn)”就此展開。

納米銀首先會吸附在細菌的細胞壁上，由于其極小的尺寸（通常只有幾十納米），它們可以輕易穿透細菌的防線。一旦進入細菌內(nèi)部，納米銀就開始了它的“破壞行動”。它們會與細菌細胞膜上的蛋白質(zhì)結(jié)合，破壞細胞膜的完整性，導(dǎo)致細胞內(nèi)的物質(zhì)大量泄漏，就像在船底鑿了無數(shù)個洞。

與此同時，納米銀還會干擾細菌的能量代謝系統(tǒng)。ATP（三磷酸腺苷）是細胞的“能量包”，而納米銀能夠抑制ATP的合成，從而切斷細菌的能量供應(yīng)。沒有能量，細菌就像斷了電的機器，很快就會死亡。

更厲害的是，進入細菌內(nèi)部的納米銀還能與DNA結(jié)合，阻止細菌的復(fù)制和繁殖。此外，納米銀還會催化產(chǎn)生活性氧自由基，這些高度活躍的分子會進一步破壞細菌的各種生物大分子，加速細菌的死亡。

這種多管齊下的攻擊方式，使得細菌很難產(chǎn)生耐藥性。即使個別細菌僥幸存活，也很難將抗性基因傳遞給后代，這解決了傳統(tǒng)抗生素面臨的耐藥性難題。

枳殼—銀納米粒子—柑橘果膠復(fù)合水凝膠殺菌材料的作用機理

（圖片來源：參考文獻[1]）

智能藥物遞送：水凝膠的精妙設(shè)計

然而，藥物制作出來了，如何將其作用于患者也面臨著難題——將納米銀直接涂抹在傷口上可能會造成銀離子的快速釋放，不僅可能對正常組織造成損傷，還會很快失去抗菌效果。研究團隊的聰明之處在于，他們將納米銀嵌入到柑橘果膠水凝膠中，形成了一個智能的藥物遞送系統(tǒng)。

這個系統(tǒng)的工作原理類似于“定時釋放膠囊”。水凝膠的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)就像一個個小房間，納米銀被均勻地分布在這些房間里。當(dāng)水凝膠接觸到傷口的體液時，會緩慢溶脹，納米銀隨之被逐漸釋放出來。這種緩釋效應(yīng)確保了傷口部位始終維持有效的抗菌濃度，同時避免了銀離子濃度過高造成的細胞毒性。

水凝膠還扮演著“環(huán)境調(diào)節(jié)器”的角色。它能夠保持傷口的濕潤環(huán)境，這對傷口愈合至關(guān)重要。在濕潤環(huán)境中，細胞更容易遷移，新生血管更容易形成，各種生長因子也能更好地發(fā)揮作用。同時，水凝膠形成的物理屏障可以阻擋外界細菌的入侵，為傷口愈合創(chuàng)造一個相對無菌的環(huán)境。

隨著傷口的逐漸愈合，水凝膠會慢慢降解，最終被人體吸收或代謝掉，不會留下任何殘留物，避免了二次清創(chuàng)帶來的痛苦和感染風(fēng)險。

實驗數(shù)據(jù)檢驗：令人振奮的治療結(jié)果

這項研究并未就此止步，科學(xué)研究的魅力在于，任何精妙的理論設(shè)計都必須經(jīng)受實驗數(shù)據(jù)的檢驗。研究團隊首先在體外進行了全面的性能測試。結(jié)果顯示，這種新材料對MRSA的抑菌率達到97.66%，對其他常見的致病菌如大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等也表現(xiàn)出優(yōu)異的抗菌活性。更重要的是，細胞毒性實驗證明，該材料對正常的成纖維細胞和上皮細胞幾乎沒有毒性，展現(xiàn)出良好的生物相容性。

此外，研究團隊還設(shè)置了動物實驗進一步驗證新藥的療效。他們建立了糖尿病小鼠模型，并在小鼠背部創(chuàng)建了感染MRSA的傷口。實驗分為三組：使用新型水凝膠治療組、傳統(tǒng)敷料對照組和空白對照組。

治療效果的差異令人震驚。在治療的第11天，新型水凝膠組的傷口面積已經(jīng)縮小到原來的8%，傷口基本愈合；而傳統(tǒng)敷料組的傷口面積仍有23.4%，愈合速度慢了近3倍。

組織學(xué)檢查進一步揭示了愈合質(zhì)量的差異。使用新材料治療的傷口，新生的皮膚組織結(jié)構(gòu)完整，膠原纖維排列規(guī)則有序，毛囊、汗腺等皮膚附屬器官也在逐漸恢復(fù)。相比之下，對照組的傷口愈合質(zhì)量明顯較差，常常形成疤痕組織，缺乏正常的皮膚結(jié)構(gòu)。

從實驗室到病床：充滿希望的應(yīng)用前景

這項研究成果的意義遠不止于學(xué)術(shù)創(chuàng)新。對于千萬糖尿病患者來說，它可能意味著擺脫慢性傷口困擾的新希望。對于醫(yī)療系統(tǒng)而言，有望大大縮短治療周期，減輕醫(yī)療負擔(dān)。對于環(huán)保事業(yè)來說，實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)廢棄物的高值化利用，是循環(huán)經(jīng)濟的完美體現(xiàn)。

在產(chǎn)業(yè)化方面，我國每年產(chǎn)生的柑橘加工廢棄物數(shù)量巨大，原料供應(yīng)充足且成本低廉。這種新型藥物制備工藝相對簡單，不需要復(fù)雜的設(shè)備和苛刻的條件，易于實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。并且，產(chǎn)品使用方便，可以根據(jù)不同的傷口情況制成凝膠、膜片、海綿等多種劑型。

在應(yīng)用范圍上，除了糖尿病創(chuàng)面，這項技術(shù)還有望應(yīng)用于其他類型的慢性難愈合傷口，如壓瘡、靜脈性潰瘍、燒燙傷等。甚至在獸醫(yī)領(lǐng)域，無論是寵物還是經(jīng)濟動物的傷口治療，都具有廣闊的市場前景。

當(dāng)然，從實驗室到臨床應(yīng)用還有一段路要走。研究團隊表示，下一步將在皮膚結(jié)構(gòu)與人類更為相似的豬等大型動物身上進行實驗。同時，還需要進行長期的安全性評估，確保納米材料不會在體內(nèi)蓄積或產(chǎn)生遠期毒性。最終，嚴格的臨床試驗將決定這項技術(shù)能否真正造?；颊?。

這項研究的成功啟示我們：創(chuàng)新往往來自于對身邊“廢物”的重新審視。那些被我們忽視的農(nóng)業(yè)廢棄物、工業(yè)副產(chǎn)品，可能蘊含著改變世界的力量。正如柑橘皮從垃圾變成了醫(yī)療材料，下一個突破或許就隱藏在我們生活中常見的資源之中。

參考文獻

[1]Chang, Li, et al.“Green synthesis of silver nanoparticles using Fructus Aurantii-loaded Citrus pectin hydrogel for accelerated healing of MRSA-infected diabetic wounds.” International Journal of Biological Macromolecules, 2025. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2025.144222

出品：科普中國

作者：郭菲（煙臺大學(xué)）

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