创伤或手术后不可控制的出血和伤口感染是导致创伤死亡和组织并发症的两大主要原因。其中，水凝胶黏附材料因优秀的组织适配性和相容性在创面止血领域展现出巨大的潜力。然而，现有的研究通常基于静态皮肤表面伤口止血和修复，难以满足体内动态湿性伤口，主要原因在于水凝胶材料与湿润伤口界面的整合匹配度低、容易脱落，该问题也增加了微生物入侵伤口和感染的可能，这极大地限制了其在复杂体内创伤中的应用前景。因此，可在体内动态湿润生理条件下与组织创面高效适配整合并抗菌的水凝胶止血材料亟待开发。

  近期，南京工业大学材料化学工程国家重点实验室，食品与轻工学院徐虹教授、王瑞副教授等人，设计了一种受微生物生物膜湿性界面黏附结构启发的黏附抗菌水凝胶止血材料（图一）。该材料实现了体内动态心脏出血条件下的快速封堵和抗感染功能，为解决体内湿性动态组织的修复提供了新的思路。该研究成果以“Bio?lm-inspired adhesive and antibacterial hydrogel with tough tissue integration performance for sealing hemostasis and wound healing”为题在线发表在《Bioactive Materials》上( 2020.12,5,768-778；IF=8.724, JCR一区)。 

图1 DBAH的仿生设计制备、界面黏附机制及应用研究

  该项工作是基于该课题组前期在抗菌黏附水凝胶方面的研究基础，课题组前期主要基于贻贝蛋白结构设计构建了系列抗菌黏附水凝胶材料，主要以多巴胺和聚赖氨酸为分子单元，模拟贻贝蛋白一级结构中赖氨酸和邻苯二酚邻近序列，通过酶催化和自由基聚合手段构建了系列湿性黏附抗菌凝胶材料，该材料表现出优异的抗菌和止血功效。但同时也发现多巴胺分子存在空气中容易被氧化的现象，一定程度上影响了凝胶的黏附特性。

  细菌的生物膜是指细菌黏附于接触表面，分泌多糖基质，纤维蛋白，脂质蛋白等，将其自身包绕而形成的大量细菌聚集的膜样物。感染部位的细菌一旦形成生物膜或生物材料污染的细菌形成了生物膜，即使使用正常剂量成百倍的药物也不易治愈，成为临床上难治性感染的重要原因之一。尽管其负面效应严重困扰着我们，但其坚固的基质黏附效应也为开展黏附新材料的研究提供了新的思路。

  该工作通过对葡萄球菌生物膜的黏附现象进行文献调研，发现其主要通过细胞间多糖黏附素(Polysaccharide Intercellular Adhesion, PIA，分子结构如图所示)分子实现湿性动态界面的坚固黏附，PIA分子结构的特点是脱乙酰度接近20%，即为氨基阳离子基团，剩余80%为乙酰化基团; 一方面氨基阳离子通过静电相互作用与细胞表面蛋白质等分子发生吸附作用，另一方面，乙酰基疏水基团可以通过自组装团聚作用自动排除界面水分从而为分子黏附固定起到促进作用。基于此分子机制，该研究以壳聚糖为出发材料，通过对其进行分子改性，制得仿生PIA结构的聚合物材料CS-MA，同时与多巴胺分子（DA）和羟甲基丙烯酰胺（NMA）分子共聚，制备得到双重仿生水凝胶新材料(DBAH)。区别于多数丙烯酰胺水凝胶材料直接应用于组织，其生物安全性的潜在隐患，该研究采用乙醇-纯水反复浸泡（4次循环）纯化方法得到了粘性和生物相容性同时保持的水凝胶粘附新材料，DBAH湿性条件下界面黏附力可达34 kPa，并表现出优异的止血性能，能够迅速粘附在跳动出血的大兔心脏表面产生止血效果，并且能够承受高达168 mm Hg的压力，显著高于人体血压范围（60-160 mm Hg）。此外，由于DBAH优异的界面整合黏附功效，高效阻止了环境微生物入侵伤口，表现出良好的抗感染能力。此外，相比于常规的商业医用敷料，DBAH水凝胶处理的大鼠皮肤全层伤口在9天内达到75%的愈合率。具有更快的促进伤口愈合效果和应用前景。

  该体系的研制成功不仅为新型黏附抗菌水凝胶的仿生设计提供了新思路，同时为生物膜衍生新材料的开发拓宽了新方向。

  相关工作得到了科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金和南京工业大学材料化学工程国家重点实验室自主课题经费等基金的资助和支持。南京工业大学研究生韩伟是论文的第一作者，徐虹教授、李莎教授和王瑞副教授为论文的共同通讯作者。

  全文链接：https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2020.05.008