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傷口愈合是人體最復雜的動態(tài)生物學過程之一，多種因素均可以中斷傷口愈合過程，導致慢性傷口。在過去的十年間，各種具有抗菌、抗炎、止血、物質(zhì)遞送、刺激響應(yīng)等功能的水凝膠傷口敷料相繼被報道。但是，傷口愈合是一個復雜的過程，這導致具有單一功能的水凝膠傷口敷料很難滿足復雜交錯的愈合需求。2017年，西安交通大學前沿科學技術(shù)研究院郭保林教授課題組提出了同時具備多種可調(diào)功能的智能水凝膠概念，并基于前期經(jīng)驗，通過動態(tài)席夫堿反應(yīng)制備了一種能夠滿足不同創(chuàng)面愈合階段不同要求的可注射自愈合多功能水凝膠皮膚傷口敷料（Biomaterials 2017,122, 34-47,引用1200余次）。此后，課題組進一步引入具有良好生物黏附性的多巴胺，制備出一系列增強了組織黏附和止血性能，并兼顧多功能性的水凝膠傷口敷料。但由于這些水凝膠敷料大多屬于單網(wǎng)絡(luò)凝膠，遇到具有復雜運動需求的傷口時，機械韌性還不足以充分滿足需求。因此，開發(fā)具有更高機械韌性的水凝膠敷料是傷口敷料發(fā)展的重要研究方向。

受Jianping Gong等人于2003年首次報道的雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠策略影響，結(jié)合Meijer團隊設(shè)計并開發(fā)的一種基于脲基嘧啶酮（UPy）的互補四重氫鍵體系，郭保林團隊近期開發(fā)了一種物理動態(tài)雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠的通用制備方法，并拓展了其作為傷口愈合敷料、生物粘合劑和止血劑的具體應(yīng)用。此外，還提供了一些具體的表征方法來驗證物理動態(tài)雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠在各種應(yīng)用類型中所需具備的性能。

物理動態(tài)雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠的制備以及水凝膠網(wǎng)絡(luò)中物理雙動態(tài)交聯(lián)的示意圖

研究過程中，科研人員首先通過六亞甲基二異氰酸酯（HDI）將脲基嘧啶酮（Upy）接枝到生物高分子（如明膠）上，形成Upy改性明膠（GTU），隨后在含有多羥基的合成高分子如聚(甘油癸二酸酯)-共-聚(乙二醇)（PEGS）的羥基上共聚3，4-二羥基苯丙酸，生成PEGS-共聚-兒茶酚（PEGSD），最后通過往上述兩種聚合物混合溶液中添加Fe³⁺，將Upy的多重氫鍵與Fe³⁺和鄰苯二酚之間的金屬配位相互作用結(jié)合在一起，利用兩種物理相互作用發(fā)展了具有較高機械強度和動態(tài)性能的雙物理交聯(lián)快速自愈水凝膠的制備新方法。與共價雙交聯(lián)水凝膠和混合化學/物理雙交聯(lián)水凝膠相比，在該物理動態(tài)雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠中，兩種物理動態(tài)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)都能在水凝膠變形過程中參與能量耗散，并通過可逆鍵“締合-解離”機制實現(xiàn)自愈性能。

物理動態(tài)雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠作為傷口敷料促進耐藥菌感染傷口修復

上述工作以《物理動態(tài)雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠作為敷料促進組織修復》（Physical dynamic double-network hydrogels as dressings to facilitate tissue repair）為題在《自然-實驗手冊》（Nature Protocols）上發(fā)表。文章通訊作者為西安交通大學前沿院郭保林教授，前沿院梁永平助理教授參與了論文撰寫。西安交通大學前沿科學技術(shù)研究院為該論文第一通訊單位。該工作得到了國家自然科學基金、金屬材料強度國家重點實驗室和中央高校特色發(fā)展引導基金的共同資助。

文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41596-023-00878-9