出品：科普中國(guó)

作者：郭菲（煙臺(tái)大學(xué)）

監(jiān)制：中國(guó)科普博覽

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(guó)的實(shí)驗(yàn)室里變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

2025年6月，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類研究所欒明寶團(tuán)隊(duì)在國(guó)際期刊《國(guó)際生物大分子雜志》上發(fā)表了一項(xiàng)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(guó)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(xiàng)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(xì)菌“溫床”

對(duì)于健康人來說，不小心劃破手指可能兩三天就愈合了。但對(duì)糖尿病患者而言，哪怕是一個(gè)微小的傷口都可能演變成噩夢(mèng)。為什么糖尿病患者的傷口如此難愈合？這要從高血糖對(duì)人體的影響說起。長(zhǎng)期的高血糖環(huán)境就像給細(xì)菌提供了一個(gè)五星級(jí)酒店，特別是那些“超級(jí)細(xì)菌”——例如耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）。這類細(xì)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(duì)它們幾乎束手無策。

更糟糕的是，糖尿病還會(huì)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和免疫細(xì)胞無法及時(shí)送達(dá)“前線”。與此同時(shí)，患者的免疫系統(tǒng)也在高血糖的摧殘下變得遲鈍，白細(xì)胞如同電力不足的防御機(jī)器人，反應(yīng)遲緩且戰(zhàn)斗力驟降，無法有效清除入侵的細(xì)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(xì)菌耐藥性越來越強(qiáng)，而傳統(tǒng)敷料只能起到簡(jiǎn)單的物理隔離作用，缺乏主動(dòng)抗菌和促進(jìn)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(huì)帶來沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)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(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院團(tuán)隊(duì)對(duì)柑橘皮資源的創(chuàng)新利用展現(xiàn)出了突破性價(jià)值。

柑橘是蕓香科柑橘屬植物果實(shí)的總稱，涵蓋了這一屬中所有的野生種和栽培種。這個(gè)大家族包括了我們熟悉的各種水果：從個(gè)頭碩大的柚子、帶有獨(dú)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(guó)是世界上最大的柑橘生產(chǎn)國(guó)，每年柑橘加工產(chǎn)業(yè)會(huì)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(fèi)資源，還會(huì)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(yùn)藏著巨大的寶藏。欒明寶研究員帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，開始了一場(chǎng)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(shí)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(yuǎn)不止于此。

通過精密的提取和純化工藝，研究團(tuán)隊(duì)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(huì)引起人體的排異反應(yīng)，還擁有獨(dú)特的凝膠化特性。當(dāng)果膠遇到鈣離子時(shí)，會(huì)形成一種類似“雞蛋盒”的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這個(gè)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(gè)“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(jī)體更好地對(duì)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(gè)新材料的“骨架”，那么納米銀就是它的“靈魂”。納米銀因其強(qiáng)大的抗菌能力而被譽(yù)為“超級(jí)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(tuán)隊(duì)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(qiáng)的還原能力，能夠?qū)y離子還原成納米級(jí)的銀顆粒。

整個(gè)制備過程展現(xiàn)了精準(zhǔn)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(qiáng)大的抗菌活性，還大大降低了對(duì)人體細(xì)胞的毒副作用。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)令人振奮，枳殼合成的納米銀對(duì)MRSA這種“超級(jí)細(xì)菌”的殺傷率高達(dá)99.8%，幾乎可以說是“一網(wǎng)打盡”。更重要的是，這種納米銀對(duì)正常的人體細(xì)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(jí)細(xì)菌？

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

納米銀首先會(huì)吸附在細(xì)菌的細(xì)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(xì)菌的防線。一旦進(jìn)入細(xì)菌內(nèi)部，納米銀就開始了它的“破壞行動(dòng)”。它們會(huì)與細(xì)菌細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)結(jié)合，破壞細(xì)胞膜的完整性，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)大量泄漏，就像在船底鑿了無數(shù)個(gè)洞。

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

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

這種多管齊下的攻擊方式，使得細(xì)菌很難產(chǎn)生耐藥性。即使個(gè)別細(xì)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(jī)理

（圖片來源：參考文獻(xiàn)[1]）

智能藥物遞送：水凝膠的精妙設(shè)計(jì)

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(huì)造成銀離子的快速釋放，不僅可能對(duì)正常組織造成損傷，還會(huì)很快失去抗菌效果。研究團(tuán)隊(duì)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(gè)智能的藥物遞送系統(tǒng)。

這個(gè)系統(tǒng)的工作原理類似于“定時(shí)釋放膠囊”。水凝膠的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)就像一個(gè)個(gè)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(shí)，會(huì)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(shí)避免了銀離子濃度過高造成的細(xì)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(rùn)環(huán)境，這對(duì)傷口愈合至關(guān)重要。在濕潤(rùn)環(huán)境中，細(xì)胞更容易遷移，新生血管更容易形成，各種生長(zhǎng)因子也能更好地發(fā)揮作用。同時(shí)，水凝膠形成的物理屏障可以阻擋外界細(xì)菌的入侵，為傷口愈合創(chuàng)造一個(gè)相對(duì)無菌的環(huán)境。

隨著傷口的逐漸愈合，水凝膠會(huì)慢慢降解，最終被人體吸收或代謝掉，不會(huì)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(xiǎn)。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)：令人振奮的治療結(jié)果

這項(xiàng)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(jì)都必須經(jīng)受實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)。研究團(tuán)隊(duì)首先在體外進(jìn)行了全面的性能測(cè)試。結(jié)果顯示，這種新材料對(duì)MRSA的抑菌率達(dá)到97.66%，對(duì)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(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)證明，該材料對(duì)正常的成纖維細(xì)胞和上皮細(xì)胞幾乎沒有毒性，展現(xiàn)出良好的生物相容性。

此外，研究團(tuán)隊(duì)還設(shè)置了動(dòng)物實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)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(shí)驗(yàn)分為三組：使用新型水凝膠治療組、傳統(tǒng)敷料對(duì)照組和空白對(duì)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(jìn)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(duì)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(shí)驗(yàn)室到病床：充滿希望的應(yīng)用前景

這項(xiàng)研究成果的意義遠(yuǎn)不止于學(xué)術(shù)創(chuàng)新。對(duì)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(duì)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(fù)擔(dān)。對(duì)于環(huán)保事業(yè)來說，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)廢棄物的高值化利用，是循環(huán)經(jīng)濟(jì)的完美體現(xiàn)。

在產(chǎn)業(yè)化方面，我國(guó)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(duì)簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的設(shè)備和苛刻的條件，易于實(shí)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(xiàng)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(jì)動(dòng)物的傷口治療，都具有廣闊的市場(chǎng)前景。

當(dāng)然，從實(shí)驗(yàn)室到臨床應(yīng)用還有一段路要走。研究團(tuán)隊(duì)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(dòng)物身上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，還需要進(jìn)行長(zhǎng)期的安全性評(píng)估，確保納米材料不會(huì)在體內(nèi)蓄積或產(chǎn)生遠(yuǎn)期毒性。最終，嚴(yán)格的臨床試驗(yàn)將決定這項(xiàng)技術(shù)能否真正造?；颊摺?/p>

這項(xiàng)研究的成功啟示我們：創(chuàng)新往往來自于對(duì)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(yùn)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(gè)突破或許就隱藏在我們生活中常見的資源之中。

參考文獻(xiàn)

[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

來源: 中國(guó)科普博覽

內(nèi)容資源由項(xiàng)目單位提供