《ACS Nano》西北大學范代娣：即時可調粘附雙網絡水凝膠貼劑用于感染傷口愈合！

第一作者：Yan Li

通訊作者：范代娣，朱晨輝，李陽

通訊單位：西北大學

研究速覽

最近，西北大學范代娣教授團隊在《ACS Nano》期刊上發表了具有即時/可調粘附和微環境調節的組織樣軟雙網絡水凝膠貼劑用于感染傷口愈合的文章。由細菌感染驅動的無序微環境是傷口愈合延遲的關鍵因素。此外，在長期治療過程中，敷料與傷口部位之間不可避免地發生不受控制的粘連，從而導致傷口暴露或二次損傷的風險。因此，作者設計了一種基于正交交聯機制的雙網絡水凝膠貼片（CHI(C)-F/N-A），具有即時/可調的粘附特性和協同調節微環境的功能，旨在解決這些復雜的問題。由N-異丙基丙烯酰胺和丙烯酰胺組成的共價網絡（N-A）作為水凝膠的基本框架，通過豐富的極性相互作用在水凝膠和組織之間提供高度共形和穩定的整合，而相變特性賦予水凝膠通過熱刺激削弱粘附強度的能力。咖啡酸改性殼聚糖與Fe3+配位形成的非共價網絡（CHI(C)-F）整合了堿性多糖和天然多酚的突出抗菌和抗氧化功效，實現了病理微環境的協同調節，從而促進了傷口的整體愈合。值得注意的是，受益于多酚-金屬配位的優異光熱效應，近紅外介導的水凝膠粘附強度調節策略得到了進一步擴展。這種水凝膠貼片為傷口敷料建立了合理的范例，其結合了令人滿意的物理性質和生物活性，有望克服感染傷口的實際治療的困難。

要點分析

要點一：雙網絡水凝膠的設計：作者設計了一種基于正交交聯機制的雙網絡水凝膠。共價網絡（N-A）由N-異丙基丙烯酰胺和丙烯酰胺組成，提供與組織的高度貼合和穩定的整合；非共價網絡（CHI(C)-F）由咖啡酸修飾的殼聚糖與Fe3+配位形成，具有抗菌和抗氧化功效。

要點二：抗菌和抗氧化性能：水凝膠對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌表現出顯著的抗菌活性，其抗菌機制可能與殼聚糖的抗菌作用和鐵離子催化的芬頓反應有關。此外，水凝膠還具有良好的抗氧化能力，能夠有效清除活性氧（ROS）和自由基。

圖文導讀

圖1. 雙網絡水凝膠的合成與表征。（a）水凝膠合成示意圖。（b）CHI、CHI(C) 和CHI(C)-Fe3+溶液的紫外-可見光譜。（c）具有不同網絡結構的水凝膠的拉曼光譜。G1-G5的（d）FT-IR光譜和（e）掃描電子顯微鏡（SEM）圖像。（f）在室溫和4℃下UV固化后獲得的CHI(C)-F/N-A的照片。（g）CHI(C)-F/N-A的SEM圖像和相應的能量色散光譜（EDS）元素映射。

圖2. 水凝膠的機械和光熱轉換性能。（a）具有不同網絡結構和（b）具有不同百分比的非共價網絡的水凝膠的應力-應變曲線。（c）水凝膠的拉伸楊氏模量和韌性。（d）不同應變下的拉伸加載-卸載曲線（n=3，來自獨立實驗）。（e）G4拉伸狀態的照片和內部網絡變化示意圖。（f）具有扭曲和打結狀態的G4照片。（g）G4的雙軸拉伸圖像。（h）G4在組織上展開的圖像。10分鐘內（i）不同水凝膠在1.0 W/cm2 NIR（808 nm）和（j）G4在1.0、1.5和2.0 W/cm2 NIR（808 nm）下的溫升曲線。插圖顯示了水凝膠（G1-G5）的顏色差異和G4的溫升圖像。（k）在1.5 W/cm2 NIR（808nm）下五次開/關循環期間水凝膠的溫度變化。

圖3. 水凝膠即時/可調粘附性能。（a）水凝膠即時粘附的圖像。（b-d）不同水凝膠在三種測試方法（180°剝離、拉伸和剪切）下的粘附測試示意圖、測試曲線和粘附強度。數據表示為平均值±標準偏差（n=4，來自獨立實驗）。（e）水凝膠在各種條件下粘附性能變化的圖像。（f）說明水凝膠分離的微觀結構變化的示意圖。（g）在室溫或在NIR（808nm）照射下水凝膠與組織表面的粘附比較（n=4，來自獨立實驗）。（h）在NIR照射下水凝膠對Sprague-Dawley（SD）大鼠皮膚的可調粘附的照片。

圖4. 水凝膠的生物相容性和體外抗菌和抗氧化性能的評價。L929細胞在浸出溶液中孵育1、2和3天后的（a）活力分析和（b）活/死染色結果（n=6，來自獨立細胞實驗）。（c）水凝膠的血液相容性：“+”和“-”分別代表陽性和陰性對照（n=3，來自獨立實驗）。（d）雙網絡水凝膠響應感染和氧化應激微環境的協同調節機制。不同水凝膠處理后大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的（e）存活率以及（f）瓊脂平板上的照片和SEM圖像（n=3，來自獨立實驗）。（g-i）水凝膠對H2O2和1,1-二苯基-2-苦基肼（DPPH）的清除能力（n=3，來自獨立實驗）。（j）與H2O2和水凝膠孵育后細胞的共聚焦激光掃描顯微鏡（CLSM）圖像（*p<0.05，**p<0.01，***p<0.001）。

圖5. 評價雙網絡水凝膠在體內殺滅細菌和促進傷口愈合的能力。（a）說明金黃色葡萄球菌感染傷口模型的構建和治療過程。（b）傷口隨時間的代表性圖像和傷口愈合的痕跡。比例尺為2 mm。傷口愈合期間的細菌菌落（c）典型圖像和（d）存活率（n=3，來自生物學上獨立的樣品）。（e）SD大鼠在治療過程中的體重變化（n=3，來自生物學上獨立的樣品）。（f）第6天和第12天感染傷口組織的H&E和Masson染色的代表性圖像（紅色箭頭：炎性細胞）。（g）與第0天相比的相對傷口面積的定量，以%表示。膠原沉積（h）和表皮厚度（i）的統計分析（n=3，來自生物學上獨立的樣品）。數據以平均值±平均值的標準誤差表示。通過單因素方差分析（ANOVA）計算統計學顯著性(*p<0.05,**p<0.01,***p<0.001)。

結論

總之，作者通過結合化學和物理交聯開發了雙網絡水凝膠。這種合理的設計賦予水凝膠即時/可調粘附的物理性質以及調節感染和氧化微環境的生物活性。由共價交聯網絡 (P(NIPAM/AM)) 暴露的極性部分使水凝膠能夠在低模量下經歷大變形和瞬時強粘附。這確保了傷口的及時物理閉合，并且粘附強度的溫度介導的轉換避免了在傷口敷料的常規移除期間二次損傷的風險。由咖啡酸改性殼聚糖和鐵離子配位交聯組成的非共價網絡增強了水凝膠的機械性能，并擴展了水凝膠以非接觸方式（NIR）調節粘附強度的策略。更重要的是，水凝膠中殼聚糖、兒茶酚基團和鐵離子的存在實現了感染和氧化微環境的協同調節。體內實驗驗證了水凝膠的微環境調節功能顯著促進了血管生成、表皮再生、膠原沉積，并最終整體改善了愈合。這種具有適當的物理和生化特性以及顯著的治療效果和應用靈活性的水凝膠有望滿足感染慢性傷口管理的迫切臨床需求。鑒于感染傷口模型在說明更復雜的慢性傷口方面的局限性，作者將進一步測試雙網絡水凝膠貼劑在嚴重燒傷和糖尿病傷口模型中的長期功能和可靠性，并優化脫粘速度并相應地提高微環境調節能力。

全文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsnano.5c07573

參考文獻：Tissue-like Soft Dual-Network Hydrogel Patch with Instant/Tunable Adhesion and Microenvironment Modulation for Infected Wound Healing. Yan Li, Zihan Sun, Shirong Chai, Zhuo Zhang, Yang Li, Chenhui Zhu, Daidi Fan. ACS Nano. 2025, DOI: 10.1021/acsnano.5c07573.

來源：抗菌科技圈