多功能高分子水凝胶的设计制备及其在慢性伤口敷料方面的应用

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慢性伤口的护理和治疗是临床皮肤损伤修复中最棘手的难题之一。炎性细胞因子的存在、活性氧自由基(ROS)含量过高以及反复的细菌感染等都是导致皮肤损伤发展为慢性伤口的关键因素。传统的干性伤口敷料,如纱布、绷带、脱脂棉等,虽然可以起到保护伤口和吸收部分渗液的作用,但是依然存在诸多不利于伤口愈合的缺陷,例如容易与伤口黏连,换药时会造成二次损伤,以及不能防止感染等。随着生物医用材料的不断发展与伤口愈合理论研究的不断深入,研究者发现湿润的环境更有利于慢性伤口的愈合。近年来,水凝胶敷料由于可以为伤口提供湿润的愈合环境,防止细菌的继发感染,不与新生组织黏连,易于改性等优势受到了研究人员的广泛关注。本文以具备良好力学性能的聚合物水凝胶为主线,致力于开发能够针对性的解决影响慢性伤口愈合的因素,提高伤口修复效率的新型多功能水凝胶敷料,具体工作如下:首先设计了具有持久抗菌功能的水凝胶敷料。将具有本体抗菌活性的聚赖氨酸(ε-PL)链段嵌入以聚丙烯酰胺(PAM)和明胶(GT)为主要骨架结构的交联网络中,制备了以水/甘油二元溶剂为主的温度耐受型抗菌保湿双网络(DN)水凝胶敷料(G-PAGL)。刚性与柔性链段的结合赋予了水凝胶敷料良好的机械性能。此外,G-PAGL在较宽的温度范围(-20-60℃)内仍然能够保持其优异的黏附性,以及对大肠杆菌(革兰氏阴性菌)和金黄色葡萄球菌(革兰氏阳性菌)的持久的抗菌活性。该多功能水凝胶敷料通过促进肉芽组织形成、胶原沉积和血管生成,以及防止细菌感染等途径成功促进了慢性糖尿病足溃疡(DFUs)的愈合。这项工作将慢性创面敷料的应用环境扩展到极端温度条件下,为用于临床应用的抗菌敷料提供了新的选择。其次,将电活性物质复合到水凝胶敷料体系中,设计了一种透明度可调、拉伸性强、黏附性好、能快速止血的多功能导电水凝胶贴片P(Py-TA)/CHA。通过丙烯酰胺(AM)和双键修饰的腺嘌呤(Aa)的聚合一步制备了水凝胶贴片,并在其中原位形成了聚单宁掺杂的聚吡咯纳米纤维P(Py-TA)。在作为伤口敷料时,P(Py-TA)/CHA水凝胶通过增强细胞间信息交流,快速止血,促血管生成以及促进胶原沉积等作用,对糖尿病溃疡表现出良好的治疗效果。此外,该智能多功能水凝胶贴片通过传导电信号,实现了利用皮肤表面肌电信号(s EMG)的变化对伤口愈合状态以及人体运动的实时监测。该工作为生物医学工程应用的导电水凝胶敷料、柔性生物电极和黏附型表皮传感器开辟了一条新途径。最后,我们进一步将导电水凝胶与电刺激(ES)相结合,制备了一种电刺激辅助的MXene基“纳米酶”自催化多功能导电水凝胶体系(PMTA),并探究了其对感染型慢性伤口愈合的促进效果。该水凝胶具有优异的力学性能、良好的黏附性,有效的抗氧化性和抗菌活性。在赋予PMTA水凝胶导电性的同时,利用电刺激辅助的方法可以进一步加速慢性伤口的愈合。体内和体外实验结果表明,水凝胶和ES的联合治疗可以在抗炎,抗氧化,以及抗感染的基础上,显著促进伤口处胶原沉积,血管化和表皮重塑,并进一步加速伤口愈合。该研究工作为新型创面敷料的设计和慢性感染创面的临床治疗提供了新的思路。
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