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鄭州大學(xué)關(guān)方霞教授、姚明浩副教授團隊 ACS AMI:可注射、自愈合、組織粘附性多功能水凝膠用于快速止血和傷口愈合
2022-07-23  來源:高分子科技

  可注射水凝膠能夠填充不規(guī)則創(chuàng)面,可作為微創(chuàng)手術(shù)治療的一種方法;組織黏附水凝膠能夠?qū)p傷組織緊密結(jié)合,避免脫落的發(fā)生,更有利于術(shù)后處理;具有可逆動態(tài)連接網(wǎng)絡(luò)的自修復(fù)水凝膠可以自主恢復(fù)其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),而不影響其功能,從而增加了應(yīng)用時間,提高了生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的潛能。然而,傳統(tǒng)水凝膠往往更專注于其中一種功能。所以,開發(fā)具有可注射性、自愈性、組織粘附性,特別是具有潛在治療效果的復(fù)合多功能水凝膠,在醫(yī)療創(chuàng)面敷料領(lǐng)域具有一定的挑戰(zhàn)。


  最近,鄭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院關(guān)方霞教授和姚明浩副教授團隊,提出了一種制備可注射、自愈合、組織粘附性多功能水凝膠的新策略。該工作主要基于天然生物質(zhì)殼聚糖(QCS)和單寧酸(TA,在生理條件下通過一步合成法制備出多功能物理交聯(lián)QCS/TA水凝膠。該水凝膠主要通過QCSTA之間的動態(tài)離子鍵和氫鍵交聯(lián),這使得水凝膠具有良好的注射性、自愈合性和粘接性。得益于QCSTA固有的抗氧化、抗菌和止血能力,該水凝膠具有較強的活性氧清除能力、廣譜抗菌能力、快速止血能力和加速全層皮膚創(chuàng)面愈合。 


1.多功能QCS/TA水凝膠在全層皮膚創(chuàng)面應(yīng)用示意圖


  圖2.展示了水凝膠較強的可注射和自愈合性能,剪切變稀和體外注射試驗表明水凝膠具有良好的可注射(Figure 2A);流變恢復(fù)和宏觀自愈合試驗證明水凝膠具有良好的自愈合(Figure 2B-D);研究者認(rèn)為這種自愈合性能歸因于QCS/TA水凝膠網(wǎng)絡(luò)中的動態(tài)鍵,如離子鍵和氫鍵(Figure 2E。 


2.QCS/TA水凝膠的可注射和自愈合性能。(A)剪切減稀試驗;插圖展示了水凝膠的注射特性;(B)(C)水凝膠的流變恢復(fù)試驗(D)水凝膠自愈合過程的照片:原始狀態(tài)(i),損傷狀態(tài)(ii)(iii),水凝膠愈合0.5 h (iv)(v);(E)水凝膠的愈合機制示意圖。


  圖3.展示了QCS/TA水凝膠的抗菌性能,液體抑菌試驗顯示各組水凝膠的抑菌率均接近100%Figure 3A,B);抑菌圈試驗顯示水凝膠的抑菌圈大小與TA的濃度正相關(guān)Figure 3C,D);研究者認(rèn)為水凝膠優(yōu)異的抗菌性能主要歸因于QCS/TA水凝膠中的化學(xué)基團,如季銨鹽和苯酚基團(Figure 3E 


3. QCS/TA水凝膠的抗菌性能。(A)水凝膠對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的殺滅率的定量統(tǒng)計和(B)菌液涂布的照片;(C)定量統(tǒng)計和(D) ZOI試驗中對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌抑菌圈的照片;(E)水凝膠的抗菌機理示意圖。


  該研究開發(fā)了出多功能TA交聯(lián)注射型殼聚糖水凝膠(QCS/TA)作為一種新型的止血材料和皮膚創(chuàng)面愈合敷料。這些水凝膠具有可調(diào)節(jié)的凝膠時間、良好的注射能力、粘附強度、自愈合能力以及抗菌和清除自由基的能力,在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有巨大的潛在應(yīng)用價值。


  研究成果以“Injectable Self-Healing Adhesive Chitosan Hydrogel with Antioxidative, Antibacterial, and Hemostatic Activities for Rapid Hemostasis and Skin Wound Healing”為題發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces2022)上。論文通訊作者是鄭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院關(guān)方霞教授和姚明浩副教授,論文第一作者為鄭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院2019級碩士生郭深。上述研究得到了國家自然科學(xué)基金和河南省科技攻關(guān)項目的資助。


  論文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acsami.2c08870#

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