出品：科普中国

作者：郭菲（烟台大学）

监制：中国科普博览

想象一下，每天被当作垃圾丢弃的橘子皮，摇身一变成为治疗糖尿病患者伤口的“神奇药膏”——这听起来像是天方夜谭，却正在中国的实验室里变为现实。

2025年6月，中国农业科学院麻类研究所栾明宝团队在国际期刊《国际生物大分子杂志》上发表了一项突破性研究：他们利用柑橘皮废料开发出的新型纳米材料，能让糖尿病患者的伤口愈合速度提升2.7倍。

国际糖尿病联盟发布的最新数据显示，2024年全球范围内20-79岁成人糖尿病患者约有5.89亿。这项技术不仅为全球的糖尿病患者带来了新希望，更是将农业废弃物转化为高值医疗产品的完美典范。

种类丰富的柑橘属作物

（图片来源：维基百科）

糖尿病伤口：高血糖环境提供的细菌“温床”

对于健康人来说，不小心划破手指可能两三天就愈合了。但对糖尿病患者而言，哪怕是一个微小的伤口都可能演变成噩梦。为什么糖尿病患者的伤口如此难愈合？这要从高血糖对人体的影响说起。长期的高血糖环境就像给细菌提供了一个五星级酒店，特别是那些“超级细菌”——例如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）。这类细菌在高糖环境中疯狂繁殖，形成顽固的生物膜，普通抗生素对它们几乎束手无策。

更糟糕的是，糖尿病还会损害患者的血管系统。微血管病变使得伤口周围的血液循环变差，就像一条高速公路突然变成了羊肠小道，营养物质和免疫细胞无法及时送达“前线”。与此同时，患者的免疫系统也在高血糖的摧残下变得迟钝，白细胞如同电力不足的防御机器人，反应迟缓且战斗力骤降，无法有效清除入侵的细菌。

糖尿病容易引发的症状

（图片来源：维基百科）

传统的治疗方法主要依赖抗生素和普通敷料，但效果往往不尽如人意。抗生素的滥用导致细菌耐药性越来越强，而传统敷料只能起到简单的物理隔离作用，缺乏主动抗菌和促进愈合的功能。许多患者需要数月甚至数年的治疗，不仅身心备受煎熬，还给家庭和社会带来沉重的经济负担。

柑橘皮的华丽转身：从垃圾到宝藏

传统治疗的局限性为新型医用材料研发提出了迫切需求。在这一背景下，中国农业科学院团队对柑橘皮资源的创新利用展现出了突破性价值。

柑橘是芸香科柑橘属植物果实的总称，涵盖了这一属中所有的野生种和栽培种。这个大家族包括了我们熟悉的各种水果：从个头硕大的柚子、带有独特香味的枸橼，到日常生活中常见的橘子、柑子和橙子，还有味道偏酸的酸橙、体型较大的葡萄柚、富含维生素C的柠檬、调味常用的莱姆，以及小巧玲珑的金柑等。这些水果既包括自然界中的原生品种，也包括人工培育的杂交种和改良品种。我国是世界上最大的柑橘生产国，每年柑橘加工产业会产生超过千万吨的果皮废渣。这些果皮通常被当作垃圾处理，不仅浪费资源，还会造成环境污染。

然而，在科学家眼中，这些废弃的果皮却蕴藏着巨大的宝藏。栾明宝研究员带领团队，开始了一场变废为宝的探索之旅。他们首先将目光投向了柑橘皮中的果胶——一种天然的多糖类物质。果胶在我们的日常生活中并不陌生，它是制作果酱时让果酱变稠的关键成分。但科学家们发现，果胶的作用远不止于此。

通过精密的提取和纯化工艺，研究团队从柑橘皮渣中获得了高纯度的果胶。这种天然高分子不仅具有良好的生物相容性，不会引起人体的排异反应，还拥有独特的凝胶化特性。当果胶遇到钙离子时，会形成一种类似“鸡蛋盒”的三维网状结构，这个结构可以像海绵一样包裹和缓慢释放药物成分。

更令人惊喜的是，研究发现柑橘果胶本身就是一个“多面手”。它具有抗氧化作用，能够清除体内的自由基；具有抗炎功能，可以减轻过度的炎症反应；还能调节免疫系统，帮助机体更好地对抗感染。这些特性使得柑橘果胶成为制作医用材料的理想选择。

传统药材的现代演绎：枳壳与纳米银的奇妙邂逅

如果说柑橘果胶是这个新材料的“骨架”，那么纳米银就是它的“灵魂”。纳米银因其强大的抗菌能力而被誉为“超级抗菌剂”，但传统的化学合成方法往往需要使用有毒的还原剂，这限制了它在医疗领域的应用。

研究团队发现，枳壳（酸橙的干燥幼果）富含各种黄酮类化合物，这些天然化合物具有很强的还原能力，能够将银离子还原成纳米级的银颗粒。

整个制备过程展现了精准的分子调控：银离子在枳壳提取物的作用下，逐渐聚集形成纳米颗粒，而黄酮类化合物则像保镖一样包围在纳米银周围，防止它们过度聚集。通过这种绿色合成方法制备的纳米银，不仅保持了强大的抗菌活性，还大大降低了对人体细胞的毒副作用。

实验数据令人振奋，枳壳合成的纳米银对MRSA这种“超级细菌”的杀伤率高达99.8%，几乎可以说是“一网打尽”。更重要的是，这种纳米银对正常的人体细胞却相当友好，毒性极低，这为其临床应用扫清了一大障碍。

微观世界的激烈战斗：纳米银如何击败超级细菌？

那么，纳米银是如何实现这种高效杀菌的？要理解纳米银的抗菌机制，我们需要把视角缩小到纳米尺度。当MRSA细菌遇到纳米银时，一场微观世界的“星球大战”就此展开。

纳米银首先会吸附在细菌的细胞壁上，由于其极小的尺寸（通常只有几十纳米），它们可以轻易穿透细菌的防线。一旦进入细菌内部，纳米银就开始了它的“破坏行动”。它们会与细菌细胞膜上的蛋白质结合，破坏细胞膜的完整性，导致细胞内的物质大量泄漏，就像在船底凿了无数个洞。

与此同时，纳米银还会干扰细菌的能量代谢系统。ATP（三磷酸腺苷）是细胞的“能量包”，而纳米银能够抑制ATP的合成，从而切断细菌的能量供应。没有能量，细菌就像断了电的机器，很快就会死亡。

更厉害的是，进入细菌内部的纳米银还能与DNA结合，阻止细菌的复制和繁殖。此外，纳米银还会催化产生活性氧自由基，这些高度活跃的分子会进一步破坏细菌的各种生物大分子，加速细菌的死亡。

这种多管齐下的攻击方式，使得细菌很难产生耐药性。即使个别细菌侥幸存活，也很难将抗性基因传递给后代，这解决了传统抗生素面临的耐药性难题。

枳壳—银纳米粒子—柑橘果胶复合水凝胶杀菌材料的作用机理

（图片来源：参考文献[1]）

智能药物递送：水凝胶的精妙设计

然而，药物制作出来了，如何将其作用于患者也面临着难题——将纳米银直接涂抹在伤口上可能会造成银离子的快速释放，不仅可能对正常组织造成损伤，还会很快失去抗菌效果。研究团队的聪明之处在于，他们将纳米银嵌入到柑橘果胶水凝胶中，形成了一个智能的药物递送系统。

这个系统的工作原理类似于“定时释放胶囊”。水凝胶的三维网状结构就像一个个小房间，纳米银被均匀地分布在这些房间里。当水凝胶接触到伤口的体液时，会缓慢溶胀，纳米银随之被逐渐释放出来。这种缓释效应确保了伤口部位始终维持有效的抗菌浓度，同时避免了银离子浓度过高造成的细胞毒性。

水凝胶还扮演着“环境调节器”的角色。它能够保持伤口的湿润环境，这对伤口愈合至关重要。在湿润环境中，细胞更容易迁移，新生血管更容易形成，各种生长因子也能更好地发挥作用。同时，水凝胶形成的物理屏障可以阻挡外界细菌的入侵，为伤口愈合创造一个相对无菌的环境。

随着伤口的逐渐愈合，水凝胶会慢慢降解，最终被人体吸收或代谢掉，不会留下任何残留物，避免了二次清创带来的痛苦和感染风险。

实验数据检验：令人振奋的治疗结果

这项研究并未就此止步，科学研究的魅力在于，任何精妙的理论设计都必须经受实验数据的检验。研究团队首先在体外进行了全面的性能测试。结果显示，这种新材料对MRSA的抑菌率达到97.66%，对其他常见的致病菌如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等也表现出优异的抗菌活性。更重要的是，细胞毒性实验证明，该材料对正常的成纤维细胞和上皮细胞几乎没有毒性，展现出良好的生物相容性。

此外，研究团队还设置了动物实验进一步验证新药的疗效。他们建立了糖尿病小鼠模型，并在小鼠背部创建了感染MRSA的伤口。实验分为三组：使用新型水凝胶治疗组、传统敷料对照组和空白对照组。

治疗效果的差异令人震惊。在治疗的第11天，新型水凝胶组的伤口面积已经缩小到原来的8%，伤口基本愈合；而传统敷料组的伤口面积仍有23.4%，愈合速度慢了近3倍。

组织学检查进一步揭示了愈合质量的差异。使用新材料治疗的伤口，新生的皮肤组织结构完整，胶原纤维排列规则有序，毛囊、汗腺等皮肤附属器官也在逐渐恢复。相比之下，对照组的伤口愈合质量明显较差，常常形成疤痕组织，缺乏正常的皮肤结构。

从实验室到病床：充满希望的应用前景

这项研究成果的意义远不止于学术创新。对于千万糖尿病患者来说，它可能意味着摆脱慢性伤口困扰的新希望。对于医疗系统而言，有望大大缩短治疗周期，减轻医疗负担。对于环保事业来说，实现了农业废弃物的高值化利用，是循环经济的完美体现。

在产业化方面，我国每年产生的柑橘加工废弃物数量巨大，原料供应充足且成本低廉。这种新型药物制备工艺相对简单，不需要复杂的设备和苛刻的条件，易于实现规模化生产。并且，产品使用方便，可以根据不同的伤口情况制成凝胶、膜片、海绵等多种剂型。

在应用范围上，除了糖尿病创面，这项技术还有望应用于其他类型的慢性难愈合伤口，如压疮、静脉性溃疡、烧烫伤等。甚至在兽医领域，无论是宠物还是经济动物的伤口治疗，都具有广阔的市场前景。

当然，从实验室到临床应用还有一段路要走。研究团队表示，下一步将在皮肤结构与人类更为相似的猪等大型动物身上进行实验。同时，还需要进行长期的安全性评估，确保纳米材料不会在体内蓄积或产生远期毒性。最终，严格的临床试验将决定这项技术能否真正造福患者。

这项研究的成功启示我们：创新往往来自于对身边“废物”的重新审视。那些被我们忽视的农业废弃物、工业副产品，可能蕴含着改变世界的力量。正如柑橘皮从垃圾变成了医疗材料，下一个突破或许就隐藏在我们生活中常见的资源之中。

参考文献

[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

来源: 中国科普博览

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