华中科技大学赵彦兵/聂兰兰/武汉大学张玉峰CEJ：通过等离子体技术制备邻苯二酚改性壳聚糖生物粘合剂

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不可控的出血和伤口感染在临床手术中时有发生，易对患者造成致命的威胁。相较传统的手术缝合和机械固定，医用粘合剂操作简便、即时有效，是时代发展的必然产物。然而，目前商业化的医用胶粘剂存在生物相容性差和动态湿粘合性弱等不容忽视的缺陷，开发具有高性能的医用胶粘剂仍然迫在眉睫。

近日，华中科技大学国家纳米药物工程技术研究中心赵彦兵教授课题组、电气学院聂兰兰老师与武汉大学口腔医院张玉峰教授课题组三方合作，利用一种绿色环保的新型电化学技术——辉光放电等离子体（GDEP）技术制备了贻贝壳聚糖水凝胶，使其具有较高的力学强度和长期的动态组织粘附性，可用作快速止血的伤口愈合敷料。

图1.CS-GA水凝胶的合成路线及其在伤口愈合中的应用

GDEP在放电过程中能够产生大量的反应活性较高的反应中间体（如H·、·OH、¹O₂、O₂^-等），从而在不使用任何有毒试剂和催化剂的情况下可以高效地进行化学反应。本研究首次利用GDEP法在不添加其他化学试剂的情况下实现了没食子酸在壳聚糖主链上的可控接枝，并且合成的CS-GA表现出优异的抗氧化性能。

图2. CS-GA结构表征和抗氧化活性研究

该水凝胶具有良好的可塑性、自愈合性能、高力学性能和良好的组织粘附性，在实际应用中具有优异的顺应性。通过搭接剪切试验测定CS-GA-3与猪皮组织作用30 min的粘附强度可达84.65 ± 1.67 kPa。

图3. CS-GA水凝胶的力学性能和生物粘附性评价

抗菌实验证明CS-GA水凝胶对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均有明显的抑制效果，且随着抑菌效果随没食子酸接枝量的提高而显著增强。CS-GA水凝胶处理的培养皿中几乎没有菌落生长，显示出高度协同的抗菌效果，有望发展为一种广谱抗菌水凝胶敷料。

图4. CS-GA的体外抗菌作用评价

通过SD大鼠全层皮肤缺损模型比较了CS-GA水凝胶和商业化明胶海绵的促进伤口愈合能力。结果表明，与临床使用的伤口敷料明胶海绵相比，生物粘合剂CS-GA水凝胶由于具有快速粘附、无需外部压力辅助伤口和抗菌等性能，更易于伤口修复。

图5. 体内伤口愈合评估

通过SD大鼠肝穿刺出血模型来进一步评估CS-GA的止血效果，结果表明CS-GA海绵在无需外力辅助按压的情况下能够在损伤部位快速粘附密封止血，在止血密封领域具有广阔的发展空间。

图6. CS-GA止血性能评价

综上所述，本研究开发了一种将GA接枝到CS上的新的绿色方法，以制备生物安全的多功能CS水凝胶。这是首次报道放电等离子体技术用于实现多糖-大分子酚酸的接枝。辉光放电等离子体是一种罕见、绿色、高效的方法，不需要催化剂和引发剂，工艺设备简单，操作方便。用该方法制备的水凝胶具有良好的抗氧化性能、较高的生物相容性和血液相容性。此外，该水凝胶可以在湿润的组织中实现强大的粘连，提供抗菌和止血性能，并促进伤口愈合，为多功能生物医用粘合剂的开发提供了更多的可能性。

以上研究成果近期以“Bio-Adhesive Catechol-modified Chitosan Wound Healing Hydrogel Dressings through Glow Discharge Plasma Technique”为题，发表在《Chemical Engineering Journal》上。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.130843

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