天津大学研发新型水凝胶材料 能够实现敷料的轻松无损更换

水凝胶敷料能够为伤口提供湿润的微环境，从而促进组织再生修复。但是，临床使用的敷料在更换过程中可能会在此破坏新生组织，从而进一步减缓修复过程，同时，敷料更换过程中可能带来的疼痛感也会进一步影响病人的情绪，降低生活质量。因此，构建一种可以实现无痛无损更换的伤口敷料具有十分重要的意义。基于超分子作用，研究人员制备了相应的伤口敷料，但是上述敷料在更换过程中需要使用小分子，扩散的小分子可能会对伤口愈合产生副作用。

最近，天津大学的刘文广教授，王玮教授团队开发了一种基于超分子和金属离子配位的新型水凝胶敷料，通过将多巴胺（DOPA）、聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA-700）和季戊四醇三丙烯酸酯（PETA）共混反应，通过迈克尔加成反应得到超分子聚合物HB-PBAE，再将HB-PBAE、聚乙烯咪唑（PVI）和明胶溶液混合，在外加Fe3+的作用下形成半互穿水凝胶网络（HB-PBAE/Geln/PVI）。DOPA作为一种理想的粘附物质，能够为敷料提供优异的伤口粘附性能，Fe3+可与DOPA形成配位键，从而稳定水凝胶。当需要更换敷料时，只需要在敷料上喷涂Zn2+水溶液，水凝胶的粘附能力显著性下降，同时由于PVI和Zn2+形成稳定的配位键，进一步增强水凝胶的强度，从而能够实现敷料的轻松无损更换，基本不会在伤口处有明显敷料残留。

图1 实验示意图

作者首先验证了HB-PBAE/Geln/PVI水凝胶的可注射性及力学性能，实验结果表明，这种水凝胶具体很好的可注射性能，因此可以适用于各种无规则的伤口，水凝胶的力学性能结果表明这种水凝胶十分稳定，在浸泡Zn2+溶液后力学性能得到极大的增强。且浸泡不同种类的二价阳离子的效用不一。

图2 水凝胶的力学性能表征

随后，作者进一步验证了HB-PBAE/Geln/PVI水凝胶的粘附性能，结果表明，这种水凝胶可以很好地实现猪皮组织和玻璃片的粘接，具有极强的粘接强度，同时，对陶瓷和金属也有很好的粘附性能。在喷涂不同的二价阳离子溶液后，水凝胶的粘附性能均有所下降，其中Zn2+组别最为明显，猪皮组织剥离实验表明，喷涂Zn2+后可以实现敷料的无损更换，在伤口组织处无明显的敷料残留。

图3 水凝胶的粘接强度测试

为了揭示水凝胶粘接强度的变化机理，作者通过XPS、FTIR表征验证了Zn2+和PVI的配位络合作用，SEM结果表明外加Zn2+后水凝胶的交联程度显著增加，同时水凝胶的接触角也发生了显著性下降，由疏水性变为亲水性表面。前期研究结果表明，儿茶酚类材料粘附在物体表面主要有两大因素：疏水性表面和水分排除能力。基于此，作者提出假设，水凝胶敷料与组织发生粘附后，界面处的水分被排除，疏水性表面有利于水凝胶的粘附，当外加Zn2+后，水分子逐渐进入水凝胶内部，并在组织和水凝胶之间形成一层水化层，DOPA分子和界面的配位键被破坏，从而降低其粘接强度，最终实现敷料的无损更换。

图4 水凝胶粘接强度变化的机理

最后，作者通过动物实验证明，这种水凝胶敷料能够有效加速伤口愈合，提高伤口愈合速度。

图5 动物实验结果

结论：本文基于超分子和金属离子的配位作用制备了一种可以实现无损快速更换的水凝胶敷料，这种水凝胶敷料具有较强力学性能和粘接强度，动物实验进一步证实，这种水凝胶敷料能够实现快速无损更换，对伤口愈合有促进作用。

相关工作以“Wound Dressing Change Facilitated by Spraying Zinc Ions”为题发表在国际著名期刊《Materials Horizons》上。