伤口愈合是一个复杂的动态过程，多种因素都会引起愈合过程的中断并形成慢性伤口，因此要求理想的伤口敷料具有合适的机械性能、自愈性能、粘合能力、抗菌特性以及按需移除等多种特性。而过去十年中报道的功能单一的水凝胶敷料难以满足复杂交错的愈合需求。2017年，西安交通大学郭保林教授团队提出了同时具备多种可调功能的智能水凝胶概念，并基于前期经验制备了一系列单网络多功能水凝胶伤口敷料。但单网络水凝胶的机械强度不足以应对具有复杂运动需求的伤口，因此开发具有更高机械韧性的水凝胶敷料是伤口敷料发展的重要研究方向。

  受龚剑萍等人报道的双网络水凝胶策略的启发，郭保林教授团队设计并开发了一种物理动态双网络水凝胶的通用制备方法，克服了单网络水凝胶机械强度不足的缺点，并拓展了其作为伤口愈合敷料、生物粘合剂和止血剂的具体应用。此外，还提供了一些具体的表征方法来验证物理动态双网络水凝胶在各种应用类型中所需具备的性能。上述工作以“Physical dynamic double-network hydrogels as dressings to facilitate tissue repair”为题，在自然旗下子刊《Nature Protocols》上发表。文章通讯作者为西安交通大学郭保林教授。

本文亮点

  1.该文章将脲基嘧啶酮的多重氢键与Fe³⁺和邻苯二酚之间的金属配位相互作用结合，利用两种物理相互作用开发了具有较高机械强度和动态性能的双网络交联快速自愈水凝胶的制备新方法。

  2.物理动态双网络水凝胶具有快速的自愈特性、高机械强度，并且可以根据温度、pH值和近红外光照等条件进行调节，实现按需移除。当用作敷料时，水凝胶可促进体内组织修复。

  文章介绍了物理双网络水凝胶的逐步合成，其中脲基嘧啶酮改性明胶（GTU）的氢键、Fe³⁺与聚（甘油癸二酸酯）-共-聚乙二醇-共聚-邻苯二酚（PEGSD）之间的配位反应为水凝胶提供了自愈合、pH响应、组织粘附、抗氧化、光热和抗菌特性，并且可以实现按需移除。然后解释了如何对用作伤口敷料的水凝胶进行物理、化学和生物学表征，还概述了如何在体内使用双网络水凝胶作为伤口敷料或止血剂。该双网络水凝胶也具有应用于其他多种应用的潜力，例如组织工程支架、细胞/药物输送系统或用于监测生理和病理参数的柔性可穿戴设备等。

Ⅰ 物理动态双网络水凝胶的理化性质

图2. 物理双网络水凝胶的性质。a, PEGSD2/GTU5.0水凝胶图片。b, PEGSD2/GTU5.0水凝胶的压缩状态。c, PEGSD2/GTU5.0水凝胶的拉伸状态。d, PEGSD2、PEGSD2/GT、PEGSD3/GTU2.5、PEGSD2/GTU5.0、PEGSD2/GTU7.5水凝胶溶胀前后的SEM图像，比例尺，300μm。e, 不同水凝胶在PBS中达到溶胀平衡时的溶胀率。f，通过16G针头注射PEGSD2/GTU5.0水凝胶的图像。g，“XJTU”纹理，由16G针头注射的水凝胶书写。

Ⅱ 物理动态双网络水凝胶的光热抗菌性能评估

图4. 水凝胶光热抗菌结果。a, 光强为1.4 W/cm²时水凝胶和水凝胶前驱体共聚物溶液的温度变化。b, 光强为0.6、1.4和2.3 W/cm²时PEGSD2/GTU5.0的?T-NIR辐照时间曲线。c, 10wt%的明胶溶液、10wt% GTU5.0溶液、15wt% PEGSD2溶液、PEGSD2水凝胶、PEGSD2/GT水凝胶和PEGSD2/GTU5.0水凝胶在光强度为1.4 W/cm²的近红外照射10分钟后的热量图(i-vi)和PEGSD2/GTU5.0水凝胶在光强度为0.6 W/cm²(vii)和2.3 W/cm²(viii)的热量图。d, e, PEGSD2/GTU5.0和PBS组暴露于近红外光照(1.4 W/cm²)不同时间后对大肠杆菌(d)和金黄色葡萄球菌(e)的杀菌效果-照射时间曲线。f, PEGSD2/GTU5.0(ii和iv)和PBS(i和iii)组分别暴露在近红外光照射(1.4 W/cm²)下0、1、3、5和10分钟后存活的大肠杆菌(i和ii)和金黄色葡萄球菌(iii和iv)的照片。

Ⅲ 物理动态双网络水凝胶用作伤口敷料的潜力

图6. 水凝胶的组织粘附和生物相容性。a, 水凝胶在塑料管(14 g)、玻璃管(54 g)和金属重物(200 g)上的粘附试验照片。b, 水凝胶在猪皮上的粘附强度。c, 不同水凝胶处理24 h后，用Alamar blue法测定细胞活力。TCP为未经水凝胶处理的对照组。

Ⅳ 物理动态双网络水凝胶用做伤口愈合敷料、组织粘合剂和止血剂的评估

  原文链接：https://www.nature.com/articles/s41596-023-00878-9