随着全球老龄化加剧,股骨骨折发生率逐年上升,髓内钉固定术成为治疗骨折的常用方法。然而,此过程常伴随骨髓腔血管损伤,导致显著的隐性出血。水凝胶作为止血材料面临粘附力、力学强度和韧性之间的平衡挑战。针对这一问题,北京理工大学陈煜团队与积水潭医院李波团队合作开发了一种双网络水凝胶(CGC/P)。该水凝胶通过葡萄糖酸内酯(GDL)与羧甲基壳聚糖(CMCS)的结合,增强了水凝胶的粘附性,并通过调节pH形成动态交联网络,结合PAM化学交联进一步提升了力学性能。水凝胶涂层在兔子股骨髓内钉手术中展现了显著的止血效果,并促进了骨生成,提供了水凝胶在止血涂层中的创新应用解决方案。
图1 CGC/P水凝胶的设计与制备。(a) CGC/P水凝胶制备工艺示意图;(b) GDL与CMCS反应示意图;(c) GDL的作用机制。
本研究受到蜗牛粘液网状结构和脱水诱导粘附增强策略的启发,开发了CMCS-GDL-Ca2+/PAM(CGC/P)双网络水凝胶用于止血涂层(图1)。GDL通过氨基化反应与CMCS结合,一方面释放的H+促进Ca2+从Ca(OH)2中解离,形成动态的物理交联网络;另一方面GDL引入的羟基基团通过增强氢键作用,提高了水凝胶的粘附性能,模拟蜗牛粘液中由离子协调、电荷相互作用和氢键形成的粘附网络。此外,通过MBA交联的PAM网络提升了水凝胶的力学强度和稳定性。最后,通过脱水诱导增强的方法,进一步增强粘附。
CGC/P水凝胶的粘附性能随着GDL含量的增加显著增强。在脱水过程中,水凝胶的粘附强度最大可增强50.14倍,达到626.75 kPa(图2)。GDL通过增强氢键作用和调节表面亲疏水性,显著提高了水凝胶与金属表面之间的粘附力,使其能够牢固附着于髓内钉表面,有效防止植入过程中的涂层脱落。经过多次循环后,水凝胶仍保持稳定的粘附强度,展示了其优异的稳定性。
图2 水凝胶在钛合金片上的剪切粘附性能。
图4 髓内钉种植体周围骨再生的评价。
CGC/P双网络水凝胶凭借其优异的力学性能、粘附力、止血效果和促进骨愈合的潜力,为髓内钉等骨科治疗提供了一种创新的解决方案,在临床前测试中展现了良好的应用潜力,未来有望成为骨科手术中理想的止血材料。
论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S138589472500909X
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