陕科大王学川教授/党旭岗副教授 AFM：多功能生物质基可注射光热水凝胶用于伤口再生愈合和皮肤生物电子学

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伤口愈合材料和皮肤生物电子学的应用不断增长，促使柔性水凝胶的发展聚焦于个人治疗和健康管理的一体化策略。此外，细菌感染构成皮肤伤口愈合过程中的巨大风险，尽管抗菌敷料水凝胶的研究进一步发展和更加完善，但研究具有能抵抗抗药性细菌和自愈合性的敷料仍然面临着巨大的挑战。因此，天然生物质基多功能导电水凝胶成为治疗慢性伤口的理想选择。相关工作被发表在国际材料领域的顶级期刊Advanced Functional Materials (IF: 19.0)。

近日，陕西科技大学生物质与功能材料研究所王学川教授、党旭岗副教授报道了一种羧甲基纤维素和单宁酸/铁离子络合物(TA@Fe³⁺)组成的具有快速自组装和可调交联时间的坚固、粘接、自修复、可注射、抗菌、近红外(NIR)光热响应、生物相容性和导电的水凝胶(CPPFe@TA)。TA@Fe³⁺有利于聚合反应的自催化，通过调节Fe³⁺的浓度可以控制交联时间。在近红外光(NIR)照射下，水凝胶表现出显著的光热抗菌性能。在小鼠全层皮肤缺损修复实验中，制备的水凝胶敷料显著促进创面愈合。14 d后，水凝胶+近红外实验组处理的创面愈合率(95.49%)远超过市售敷料。同时，制备的水凝胶具有良好的导电性和热响应性，在生理信号监测和康复运动管理等皮肤生物电子学领域具有广阔的应用前景。因此，这项工作为开发多功能生物质基水凝胶提供了一个有前途的策略，有望应用于综合再生伤口愈合和皮肤生物电子学。

图1 基于CPPFe@TA水凝胶的智能协同光热创面治疗综合平台示意图

在本研究中，水凝胶支架主要由化学交联的PAM组成，为水凝胶提供了优异的柔韧性和稳定性，从而为伤口部位提供了足够的保护和支持。同时，CMC、PEI、Fe³⁺和TA之间建立的多重配位相互作用、氢键和静电相互作用提供了多个物理交联点, 促使水凝胶具有优异的力学性能和自愈能力。值得注意的是，TA@Fe³⁺的存在在聚合反应中表现出自催化性质，并通过调节Fe³⁺的含量，促进了凝胶时间的可调控制，为伤口愈合的可注射化学交联水凝胶提供了理想的策略。此外，PEI的引入促进了其氨基与Fe³⁺之间形成新的氢键和络合，显著提高了水凝胶的交联密度，解决了单宁酸阻碍导致的机械强度下降的问题。

一般来说，细菌感染会严重阻碍伤口愈合过程。在此，TA@Fe³⁺的引入使水凝胶具有高效的近红外光热抗菌性能。具有儿茶酚结构的单宁酸的存在不仅为水凝胶提供了固有的抗菌能力，而且大大增强了水凝胶对各种材料的附着力。基于水凝胶的伤口敷料通常需要出色的肿胀能力，以有效地吸收伤口渗出液。有趣的是，在本研究中，CMC以聚合物盐的形式被引入水凝胶体系。一方面，作为伤口敷料的水凝胶所需的溶胀能力显著增强，使其能够迅速吸收伤口渗出液，促进伤口愈合;另一方面，CMC提供的Na⁺为作为应变传感器的水凝胶提供了良好的导电性。CMC独特的温度响应性为生物质合成温度敏感水凝胶提供了一种新方法，从而为水凝胶温度传感器的应用开辟了新的可能性。

图2 CPPFe@TA水凝胶的制备及表征

 图3 CPPFe@TA水凝胶的黏附性能

 图4 CPPFe@TA水凝胶的止血和伤口愈合特性

 图5基于CPPFe@TA3水凝胶的健康评估系统及温度预警装置

相关研究成果以“Versatile Biomass-Based Injectable Photothermal Hydrogel for Integrated Regenerative Wound Healing and Skin Bioelectronics”为题发表于国际顶级期刊Advanced Functional Materials （DOI: 10.1002/adfm.202405745）。陕西科技大学22级硕士研究生付芸涛为该论文的主要完成人，通讯作者是陕西科技大学生物质与功能材料研究所党旭岗副教授。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202405745

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