自抗菌、自粘附、可修复、可注射、耐酸耐碱的DN水凝胶粘附敷料

水凝胶因其优异的生物组织相容性、对伤口淤血的吸收性及具有保持伤口湿润的生理环境的能力而被受关注,使其成为非常具有应用前景的组织黏附敷料,应用于手术外科及紧急止血领域。已有大量关于水凝胶作为黏附敷料的报道,如4-arm-PEG水凝胶、原位PAA/PEG水凝胶、天然多糖水凝胶等。作为外科止血敷料,水凝胶应能够快速凝胶化、具有良好的组织黏附性以便实现快速黏附;此外为了实现其长期、有效黏附,防止伤口感染,优异的抗菌性与极端淤血环境下的稳定性也是必不可少的。当前的问题是如何制备兼具本征抗菌性、黏附性、可注射性及极端环境下稳定的水凝胶来满足黏附敷料的进一步需求。

上海交通大学王新灵/河南科技大学雷昆《AFM》 :自抗菌、自粘附、可修复、可注射、耐酸耐碱的DN水凝胶粘附敷料

图1. PLL/Aga DN水凝胶的制备过程及特性

鉴于此,上海交通大学王新灵教授和河南科技大学雷昆等人以天然琼脂糖与聚肽为原料,利用酶催化偶联反应温度调控的氢键驱动凝胶化反应,一锅一步法制备得到具有自抗菌自粘附可修复、可注射、耐酸耐碱的DN水凝胶。相关成果以“Rapid-Fabricated and Recoverable Dual-Network Hydrogel with Inherently Anti-Bacterial Abilities for Potential Adhesive Dressings”为题发表在著名材料类期刊《Advanced Functional Materials》上。

本文亮点:

1.研究人员利用PLL-g-HPA侧链酚羟基在酶催化条件下的高效偶联及Aga的热致可逆溶-凝胶转变特性,一步一锅法制备得到PLL/Aga DN水凝胶,凝胶时间可以通过调节聚合物浓度、Aga含量、催化剂、氧化剂用量等灵活控制(5s-4min)且能够原位注射得到各种不同形状。

上海交通大学王新灵/河南科技大学雷昆《AFM》 :自抗菌、自粘附、可修复、可注射、耐酸耐碱的DN水凝胶粘附敷料

图2. PLL/Aga DN水凝胶的可注射性及可变形性

2. 基于Aga的温敏特性,该双网络水凝胶可以实现温度调控下的愈合特性,实现其形状重塑;此外Aga的天然优异的生物相容性使得该DN水凝胶生物相容性非常优异。

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图3. PLL/Aga DN水凝胶的愈合特性及形状可塑性

3. 对于该PLL/Aga DN水凝胶,Aga紧密的螺旋结构赋予水凝胶优异的力学性能与稳定性;酚羟基氧化交联形成的PLL网络中含有的部分羰基基团可与生物组织形成席夫碱作用、氢键作用及π-π堆叠作用赋予水凝胶与生物组织优异的黏附特性。

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图4. PLL/Aga DN水凝胶的组织黏附性

论文的第一作者为河南科技大学医学技术与工程学院的雷昆博士,通讯作者为上海交通大学化学化工学院的王新灵教授。感谢国家自然科学基金、河南科技大学博士启动基金、河南省重点研发与推广专项基金对本工作的支持。

作者简介:

王新灵 教授

上海交通大学王新灵/河南科技大学雷昆《AFM》 :自抗菌、自粘附、可修复、可注射、耐酸耐碱的DN水凝胶粘附敷料

王新灵,上海交通大学化学化工学院教授,博士生导师。1986年进入上海交通大学任教,2000年被聘为上海交通大学教授,博士生导师, 2003-2013年担任化学化工学院高分子科学工程系主任。已完成多项国防科工委、国家自然科学基金、中国商飞及与汉高、陶氏化学、亨氏曼等著名化工企业的国际合作项目等。目前主要从事功能化聚氨酯的设计、合成及性能的研究;功能性水凝胶材料结构设计及生物医学应用研究;水凝胶基纤维复合材料的增韧、增强研究及多功能性智能响应生物膜材料的研究。

雷 昆 博士

上海交通大学王新灵/河南科技大学雷昆《AFM》 :自抗菌、自粘附、可修复、可注射、耐酸耐碱的DN水凝胶粘附敷料

雷昆,河南科技大学医工学院讲师。2016年硕士毕业于华东理工大学,导师郎美东教授。2020年于上海交通大学化学化工学院取得博士学位,师从王新灵教授。2020年07月起就职于河南科技大学医学技术与工程学院。研究方向为高强度水凝胶的设计及其生物医学应用;强韧水凝胶的软湿粘结及其柔性传感应用;水凝胶涂层/粘结剂的设计及生物医学应用。以第一作者或通讯作者在Adv. Funct. Mater., J. Mater. Chem. B., ACS Appl. Bio Mater., ACS Biomater. Sci. Eng.等国内外著名期刊发表学术论文8余篇。

 

原文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202008010

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