华东师范大学张利东余家会：伤口敷料生理调节粘附的水凝胶

华东师范大学张利东、余家会团队研发出具有生理调节粘附性的水凝胶伤口敷料，该敷料通过静电相互作用实现粘附，且粘附能随时间降低，同时具备高水溶胀率、抗菌及抗冻功能，在体内实验中展现出促进伤口愈合的潜力。研发背景与意义粘附性对伤口敷料的重要性在于能使材料与皮肤紧密接触，但更换敷料时易对未愈合创面造成二次损伤。因此，开发具有生理调节粘附性的创面敷料材料具有重要意义。生理调节粘附机制机制提出：受皮肤化学特征启发，华东师范大学科研团队为水凝胶伤口敷料提出了一种生理调节的粘附机制。静电相互作用构建：通过吸电子的甲基丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵（MPTAC）共价交联成弹性聚丙烯酰胺水凝胶网络，构建水凝胶和伤口皮肤表面之间的静电相互作用。粘附原理：MPTAC的吸电子特性促进其阳离子基团与皮肤组织中蛋白质的极性基团之间的强静电相互作用，使水凝胶紧密粘附于伤口皮肤表面。随着组织渗出液在水凝胶敷料与创面皮肤表面之间形成脂质层，静电亲和力被削弱，水凝胶粘附能随时间降低，更易从皮肤表面去除。定量测量：增加MPTAC可增强静电相互作用，界面粘附能量达到50 J m?2，证明了交联结构中阳离子基团在构建与皮肤表面静电相互作用中的关键作用。水凝胶的合成合成方法：MPTAC单体在角叉菜胶、刺槐豆胶和K2CO3存在下与丙烯酰胺(Am)单体进行光交联。80°C加热诱导角叉菜胶和钾离子之间的离子交联，共价交联相与离子交联相结合形成弹性水凝胶，定义为阳离子水凝胶，其中阳离子基团在调节水凝胶性能方面起关键作用。水凝胶的特性高水溶胀率（WSR）：原理：MPTAC的阳离子基团通过电荷间排斥效应赋予网络高WSR。电荷间排斥力扩大交联网络，促使更多水进入水凝胶框架。浸入水中后，收缩网络随毛细管作用和扩散渗透吸水而膨胀，阳离子基团的电荷间排斥使网络进一步扩大，增加水的溶胀性。同时，共价交联成网络的阳离子部分不能脱离网络进入外部水相，导致水凝胶和外部水相之间渗透压相反，也增加了水的溶胀性。意义：高WSR允许水凝胶吸收大量组织渗出液，保持伤口清洁，减少感染可能性，同时保持创面水分。抗菌功能：MPTAC的阳离子基团提供水凝胶抗菌功能，降低伤口感染可能性。抗冻功能：引入无毒的角叉菜胶和刺槐豆胶，赋予水凝胶抗冻功能，防止水凝胶伤口敷料在亚零条件下硬化。体内实验验证实验设计：使用30只昆明小鼠创建全层伤口模型，以证明水凝胶在伤口愈合方面的性能。实验结果：愈合速度：由于阳离子部分加快了组织渗出液的吸收及抗菌作用，在第3天，水凝胶处理的伤口区域（C1至C3组）表现出比对照、3M薄膜和C0更快的愈合速度，且促进愈合的作用持续到第9天。愈合效果：所有水凝胶处理的小鼠在第12天基本愈合，皮肤表面无明显结痂；而对照组仍有可见疤痕。定量计算表明，水凝胶处理小鼠的伤口愈合率高于对照组和3M薄膜组。生活影响：水凝胶处理不影响小鼠的正常生活和运动，体重自然增加。研究成果发表相关论文以题为Physiologically-Regulated Adhesion of Hydrogels for Wound Dressing发表在《Adv. Mater. Interfaces》上，通讯作者是华东师范大学张利东研究员、余家会研究员。