西交郭保林《ACS Nano》原儿茶醛/铁/壳聚糖/抗菌粘合水凝胶密封剂，可按需去除，用于伤口闭合后和感染后的伤口愈合|acs nano|凝胶|壳聚糖|水凝胶|郭保林

【科研摘要】

具有自我修复和出色的抗菌活性以实现高伤口闭合效果和伤口闭合后护理的智能生物粘合剂水凝胶密封剂的设计和开发在临床应用中是非常需要的。最近，西安交通大学郭保林教授团队通过三价铁（ Fe），含有邻苯二酚和醛基的原儿茶醛（PA）和季铵化壳聚糖（QCS）之间的双动态键交联，设计了一系列具有广阔前景的粘性抗氧化剂抗菌自修复水凝胶。

使皮肤切口闭合并促进耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）感染的伤口愈合。 pH敏感的配位键（邻苯二酚-Fe）和动态席夫碱键的双动态键交联具有可逆的断裂和重整，使水凝胶具有出色的自主修复能力和按需溶解或去除的特性。另外，水凝胶具有注射性，良好的生物相容性和抗菌活性，多功能粘合性，止血性和近红外响应性。在大鼠皮肤切口模型和感染的全层皮肤伤口模型中进行的体内评估表明，智能水凝胶具有很高的伤口闭合效果和伤口闭合后的护理效果，证明了其在处理皮肤切口和感染的全层厚度方面的巨大潜力皮肤伤口。相关论文以题为 Dual-Dynamic-Bond Cross-Linked Antibacterial Adhesive Hydrogel Sealants with On-Demand Removability for Post-Wound-Closure and Infected Wound Healing 发表在《A CS Nano 》上。

【主图见析】

图 1.粘合性水凝胶的制备和应用示意图。（A）季铵化壳聚糖的合成。壳聚糖主链上的GTMAC与氨基的摩尔比设定为2∶1。（B）PA@Fe三配合物分子（pH 10）的制备。（C）双动态键交联的粘合水凝胶在伤口闭合和伤口闭合后的护理中显示出应用。

图 2.制备的水凝胶的表征。（A）QCS溶液，PA @ Fe溶液和双动态键交联水凝胶的照片。比例尺：1厘米。（B）制备的水凝胶的原始状态（i），压缩状态（ii）和恢复状态（iii）。比例尺：1厘米。（C）在90％应变下的水凝胶的轴向力（插图：具有90％应变的水凝胶的原始状态和压缩状态）。比例尺：1厘米。（D）凝胶的流变行为。（E）粘合水凝胶的溶胀行为（pH 7.4，37°C）。（F）在37°C下pH 7.4体外制备的水凝胶的降解行为。（G）水凝胶的SEM图像。

图 3水凝胶的可注射性和自主愈合特性。（A）水凝胶的剪切稀化特性。插图：水凝胶可注射性的介绍。（B）粘合水凝胶的应变扫描，应变范围为0.01％至1500％（1 Hz）。（C）在五个循环中，具有交替应变的凝胶的流变行为从1％切换到1000％。（D）胶粘剂宏观愈合能力的照片：原始状态（i），受损状态（ii），水凝胶已修复1小时（（iii）和（iv）），水凝胶已修复2小时（v）以及具有圆形缺陷的水凝胶的自修复（vi）。（E）凝胶愈合机制的示意图。比例尺：1厘米。

图 4水凝胶的生物相容性。（A）水凝胶的溶血行为。（B）在水凝胶的浸出液（5 mg/mL）中孵育24小时后，L929细胞的活/死染色结果。在不同浓度的浸出液中孵育1天（C），2天（D）和3天（E）后，L929细胞的生存力。（F）皮下植入QCS-PA @ Fe14，QCS-PA @ Fe10和QCS-PA @ Fe8水凝胶后，H＆E染色的皮肤组织的代表性图像。箭头：水凝胶的位置。

图 5.水凝胶的抗菌特性。与QCS-PA @ Fe40（I），QCS-PA @ Fe20（II），QCS-PA@Fe14（III），QCS-PA @ Fe10（IV）和QCS- PA @ Fe8（V）2 h：大肠杆菌（A），金黄色葡萄球菌（B）和MRSA（C）。水凝胶对大肠杆菌（D），金黄色葡萄球菌（E）和MRSA（F）的表面抗菌性能的定量结果。（G）在用NIR激光照射下水凝胶的温度升高。（H）在808nm辐射下水凝胶的红外热图像。（一）皮下注射MRSA后24小时皮下脓肿的小鼠的照片。比例尺：1厘米。（J）未经治疗的皮下脓肿和经NIR辐照，QCS-PA @ Fe10水凝胶和经NIR辐照的QCS-PA @ Fe10水凝胶治疗的皮下脓肿的红外热图像。（K）琼脂平板上细菌克隆的呈现，以及（L）用不同样品处理后的相应定量结果。

图 6. QCS-PA @ Fe10水凝胶的粘合性能。（A）搭接剪切试验的示意图。（B）不同水凝胶在猪皮肤上的粘合强度。（C）在损伤前和愈合1小时后，水凝胶粘结的切开猪皮肤的典型力-位移曲线和（D）粘结力（D插图：原始水凝胶和愈合后的水凝胶粘结的猪皮肤的照片）。（E）通过和不通过DFO处理的水凝胶粘合的切开猪皮肤的力-位移曲线和（F）粘合强度。（G）PA@Fe配合物溶解的示意图。（H）小鼠尾巴截肢模型和（I）出血性肝小鼠模型的失血。

图 7.水凝胶的伤口闭合评价。（A）通过手术缝合线，生物医学胶和粘性水凝胶治疗的切开皮肤伤口的代表性图像，以及在确定的时间未进行治疗的皮肤切口。比例尺：1厘米。（B）愈合的皮肤切口的抗张强度。（C）愈合7天和21天后，H＆E染色的图像和皮肤切口的Masson三色染色。

图 8.黏附水凝胶的体内MRSA感染伤口愈合评估。（A）用不同样品处理过的伤口的代表性照片。比例尺：1厘米。（B）Tegaderm敷料（b1），QCS（b2），QCS-PA @ Fe10水凝胶（b3）和QCS-PA @ Fe10水凝胶在NIR照射下（21）的21天伤口收缩示意图。（C）Tegaderm敷料，QCS，QCS-PA @ Fe10水凝胶和QCS-PA @ Fe10水凝胶在NIR照射下第3、7和21天的伤口收缩。（D）伤口愈合过程的示意图。（E）在确定的时间愈合的皮肤组织的H＆E染色结果。近红外辐射的功率密度设置为1.4 W/cm 2 。

图 9. （A）在第7天和第21天经Tegaderm膜，QCS，水凝胶和NIR照射的水凝胶治愈的皮肤组织的Masson三色染色。（B）在用不同配方处理后，用CD68（绿色）和CD31（绿色）标记的再生皮肤组织的免疫荧光图像。定量分析用（C）CD68和（D）CD31染色的皮肤组织的相对荧光强度。

【综上所述】

团队设计并制造了具有注射性，自愈性，良好的生物相容性，优异的抗菌活性，抗氧化能力和按需去除特性的双动态键交联粘性水凝胶，可以有效地闭合伤口并加速 MRSA感染的全层皮肤伤口的愈合。结果表明，双动态键交联网络赋予水凝胶良好的机械强度和组织粘附性，以及优异的自愈能力。此外，QCS和NIR辅助光热消融的先天抗菌性能协同增强了水凝胶的抗菌效率。所有这些期望的特性赋予水凝胶有效的伤口闭合性，并显着促进MRSA感染的伤口愈合。除了有效地密封皮肤切口，双动态键交联水凝胶还可以在DFO或酸性溶液的干预下按需去除。具有上述所有令人期待的特性，双动力键交联粘合水凝胶可以有效地闭合皮肤切口并提供伤口闭合后的护理，对治愈受 MRSA感染的全层皮肤伤口具有积极作用，表明它们具有创口敷料的巨大潜力。

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参考文献： doi.org/10.1021/acsnano.1c00204