西安交大郭保林教授课题组《ACS Nano》：在可控移除水凝胶作为组织黏附剂方面取得新进展

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基于贻贝黏附机制的黏附抗菌水凝胶可以通过化学交联作用或物理相互作用黏合在细胞外基质上，在组织黏合和组织再生方面表现出很好的应用前景。目前，研究者们主要致力于设计和制备基于邻苯二酚基团修饰的天然或者合成聚合物的黏附性水凝胶，虽然已经实现了较强的组织黏附性，但是在实际应用中仍面临着一些问题。

首先，为增强凝胶组织黏附性的同时，赋予凝胶更多的生物功能，研究者们大多对聚合物进行复杂的修饰或者改性，这个过程中往往涉及大量的有机溶剂或者碳碳双键的引入，这对此类水凝胶的应用推广和生物安全性而言也是一大挑战。

其次，目前多数黏附水凝胶往往只考虑凝胶的黏附性，但是对于使用过程中的更换和移除及伤口开裂问题并未做相关的考量，这有可能在剥离或移除过程中对组织产生二次伤害。

另外，抗生素和纳米材料仍然是抗菌材料的首选，但是其耐药性和长期生物安全性仍是不容忽视的问题。

因此，基于简单材料设计和制备多功能组织黏附剂以实现有效的组织闭合和再生仍需要进一步研究。

图1：基于QCS和PA@Fe的黏附水凝胶的制备及应用

基于目前存在的这些问题，郭保林教授团队在对壳聚糖进行季铵化（QCS）改性的同时，引入原儿茶醛与三价铁离子的配合物（PA@Fe）作为双重动态交联剂，在增强凝胶力学性能及黏附性的同时，赋予材料较好的自愈合性能，并且可以实现组织的二次黏合。

图2：凝胶的自愈合

图3：水凝胶的黏附性及其可移除性

同时，由于凝胶网络中响应型动态配位键和席夫碱交联作用，水凝胶可以实现酸液及铁离子螯合剂的响应性移除。在医用铁离子螯合剂甲磺酸去铁胺（DFO）的存在下，凝胶的猪皮黏附强度从10.4降到了1.3kPa，可以有效避免凝胶移除过程中对组织的二次伤害。此外，该黏附性水凝胶还表现出较好的组织止血效果。

图4：凝胶的接触抗菌

基于凝胶较好的黏合特性、可移除及自修复性，该凝胶在组织黏合方面表现出很好的应用前景。在大鼠全皮切口模型评估中，该黏附性水凝胶表现出很好的组织闭合和组织修复效果。相较于其他组，黏附性水凝胶几乎可以实现无痕修复，同时修复后的皮肤组织也具有较好的力学强度。此外，由于QCS和PA自身的抗菌性及PA@Fe复合物可控的光热特性，该黏附性水凝胶还表现出较好的抗菌效果，在感染慢性创面的愈合中也表现出很好的应用前景。

图5：凝胶的组织黏合效果

该研究以“Dual-Dynamic-Bond Cross-Linked Antibacterial Adhesive Hydrogel Sealants with On-Demand Removability for Post-Wound-Closure and Infected Wound Healing”为题发表在ACS Nano上。论文的第一作者为西安交通大学前沿科学技术研究院博士生梁育晴，通讯作者为郭保林教授。

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c00204

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