郑州大学关方霞教授、姚明浩副教授团队 ACS AMI：可注射、自愈合、组织粘附性多功能水凝胶用于快速止血和伤口愈合

2022-07-23 来源：高分子科技

可注射水凝胶能够填充不规则创面，可作为微创手术治疗的一种方法；组织黏附水凝胶能够将损伤组织紧密结合，避免脱落的发生，更有利于术后处理；具有可逆动态连接网络的自修复水凝胶可以自主恢复其网络结构，而不影响其功能，从而增加了应用时间，提高了生物医学应用的潜能。然而，传统水凝胶往往更专注于其中一种功能。所以，开发具有可注射性、自愈性、组织粘附性，特别是具有潜在治疗效果的复合多功能水凝胶，在医疗创面敷料领域具有一定的挑战。

最近，郑州大学生命科学学院关方霞教授和姚明浩副教授团队，提出了一种制备可注射、自愈合、组织粘附性多功能水凝胶的新策略。该工作主要基于天然生物质壳聚糖（QCS）和单宁酸（TA）,在生理条件下通过一步合成法制备出多功能物理交联QCS/TA水凝胶。该水凝胶主要通过QCS和TA之间的动态离子键和氢键交联，这使得水凝胶具有良好的注射性、自愈合性和粘接性。得益于QCS和TA固有的抗氧化、抗菌和止血能力，该水凝胶具有较强的活性氧清除能力、广谱抗菌能力、快速止血能力和加速全层皮肤创面愈合。

图1.多功能QCS/TA水凝胶在全层皮肤创面应用示意图

图2.展示了水凝胶较强的可注射和自愈合性能，剪切变稀和体外注射试验表明水凝胶具有良好的可注射（Figure 2A）；流变恢复和宏观自愈合试验证明水凝胶具有良好的自愈合（Figure 2B-D）；研究者认为这种自愈合性能归因于QCS/TA水凝胶网络中的动态键，如离子键和氢键（Figure 2E）。

图2.QCS/TA水凝胶的可注射和自愈合性能。(A)剪切减稀试验;插图展示了水凝胶的注射特性;(B)和(C)水凝胶的流变恢复试验(D)水凝胶自愈合过程的照片:原始状态(i)，损伤状态(ii)和(iii)，水凝胶愈合0.5 h (iv)和(v);(E)水凝胶的愈合机制示意图。

图3.展示了QCS/TA水凝胶的抗菌性能，液体抑菌试验显示各组水凝胶的抑菌率均接近100%（Figure 3A,B）；抑菌圈试验显示水凝胶的抑菌圈大小与TA的浓度正相关（Figure 3C,D）；研究者认为水凝胶优异的抗菌性能主要归因于QCS/TA水凝胶中的化学基团，如季铵盐和苯酚基团（Figure 3E）。

图3. QCS/TA水凝胶的抗菌性能。(A)水凝胶对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的杀灭率的定量统计和(B)菌液涂布的照片;(C)定量统计和(D) ZOI试验中对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌抑菌圈的照片;(E)水凝胶的抗菌机理示意图。

该研究开发了出多功能TA交联注射型壳聚糖水凝胶(QCS/TA)作为一种新型的止血材料和皮肤创面愈合敷料。这些水凝胶具有可调节的凝胶时间、良好的注射能力、粘附强度、自愈合能力以及抗菌和清除自由基的能力，在生物医学领域具有巨大的潜在应用价值。

研究成果以“Injectable Self-Healing Adhesive Chitosan Hydrogel with Antioxidative, Antibacterial, and Hemostatic Activities for Rapid Hemostasis and Skin Wound Healing”为题发表在ACS Applied Materials & Interfaces（2022）上。论文通讯作者是郑州大学生命科学学院关方霞教授和姚明浩副教授，论文第一作者为郑州大学生命科学学院2019级硕士生郭深。上述研究得到了国家自然科学基金和河南省科技攻关项目的资助。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acsami.2c08870#

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（责任编辑：xu）

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