上大高洁/浙人民医院张磊/复旦江立波/湖大李玉林《AFM》柔性双色聚丙烯酰胺/壳聚糖水凝胶智能实时监测和促进伤口愈合

摘要

伤口愈合的实时监测仍然是临床组织再生的主要挑战，需要开发生物材料引导的现场监测伤口愈合技术。最近， 上海大学 高洁副教授 /浙江省人民医院 张磊医生 /复旦大学中山医院 江立波博士 /湖北大学 李玉林教授 科研团队 研究共同提出了多功能双比色集成 聚丙烯酰胺 -季铵盐-碳量子点（CQDs）-酚红水凝胶，旨在同时检测伤口pH值，减少细菌感染，促进伤口愈合。

CQDs 和 pH 指示剂（酚红）与水凝胶的杂交使其具有高响应性、可逆性和 pH 变化的准确指示，以反映紫外线和可见光环境下的动态伤口状态。此外，这些视觉图像可以通过智能手机收集并转换为现场伤口 pH 信号，从而可以远程实时评估伤口动态条件。值得注意的是，水凝胶表现出优异的止血和粘附 性能，保持足够的伤口水分，并通过其高抗菌活性（针对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌）和皮肤修复功能促进伤口愈合。总的来说，由此产 生的水凝胶作为一种用于治疗诊断皮肤再生的新型智能和灵活的伤口敷料平台具有很高的潜力。 相关论文以题为 Flexible Bicolorimetric Polyacrylamide/Chitosan Hydrogels for Smart Real-Time Monitoring and Promotion of Wound Healing 发表在《 A dvanced Functional Materials 》上。

主图

PAM-QCS-C-P水凝胶伤口pH监测能力

图1 水凝胶的 pH 敏感性函数。 A) 在阳光下，水凝胶的颜色随着 pH 值的变化而变化；此外，在紫外辐射（365 nm 激发波长）下，水凝胶的荧光随着 pH 值的增加而逐渐降低。B) 在相同的激发波长下比较了相同浓度的水凝胶、荧光水凝胶和 CQD 溶液的荧光强度。C) 水凝胶在不同 pH 值下的荧光发射光谱。D) PAM-QCS-C-P 水凝胶在 365 nm 辐射下的荧光强度和 pH 值之间的线性关系。E) PAM-QCS-C-P 水凝胶在 pH 值为 5-8 时在 365 nm 辐射下的可逆电位 。

智能手机引导的实时 pH 监测功能

图2 智能手机引导的实时 pH 监测功能。 A) 使用智能手机读取和监测水凝胶的 pH 值。B) 在可见光和紫外线照射下，不同 pH 值下 PAM-QCS-C-P 水凝胶的 RGB 图像。显示了在 C) 可见光和 D) 紫外光下作为 pH 值函数的水凝胶的 R、G、B 和拟合曲线。

物理和服务特性

图3 水凝胶（ PAM、PAM-QCS、PAM-QCS-C、PAM-QCS-C-P水凝胶）的机械强度和溶胀性能。 A) 压缩应力-应变曲线。B) PAM、PAM-QCS、PAM-QCS-C、PAM-QCS-C-P 水凝胶的循环压缩加载-卸载曲线。C) 拉伸应力-应变曲线。D) PAM、PAM-QCS、PAM-QCS-C、PAM-QCS-C-P 水凝胶的循环拉伸加载-卸载曲线。E) 每种水凝胶的储能模量 (G') 和损耗模量 (G")。F) 水凝胶的溶胀率。

PAM-QCS-C-P 水凝胶的体外抗菌活性

图4 PAM-QCS-C-P 水凝胶的体外抗菌活性 。A) 在水凝胶上培养 24 小时后细菌菌落形成单位的图像。B) 细菌与 PAM 和 PAM-QCS-C-P 水凝胶接触后的代表性 FESEM 图像。

体内止血评估

图5 PAM-QCS-C-P水凝胶的体内止血能力和体外生物相容性。 A) 照片显示了水凝胶在肝脏止血方面的潜力。B) 肝脏失血率。将两组与学生的未配对 t 检验进行比较。C) 水凝胶的细胞毒性。D) 与水凝胶一起孵育 24、48 和 72 小时的细胞的代表性荧光图像。

体内伤口 pH 测试

图6 水凝胶（ PAM、PAM-QCS、PAM-QCS-C、PAM-QCS-C-P水凝胶）的体内伤口愈合功效。 A) 小鼠伤口的 pH 值变化。B) 伤口修复率。C) 第 0、4、6、10 和 14 天伤口的代表性照片，以及 D)不同水凝胶处理的小鼠皮肤愈合的模拟分析。E) 伤口组织的 H&E 和 Masson 三色染色。血管由黑色圆圈突出显示；毛囊用绿色箭头突出显示；胶原纤维以红色圆圈突出显示。

总结

该团队开发了一种具有实时监测、抗菌和伤口愈合能力的多功能 PAM/壳聚糖水凝胶。将水凝胶与 CQD 和 pH 指示剂（酚红）杂交，获得高响应、可逆和准确的 pH 指示，反映紫外线和可见光下的伤口状态，可以通过智能手机收集并转换为伤口 pH 数据，使以远程智能方式实时检测伤口愈合过程。更重要的是，该水凝胶具有优异的止血、皮肤粘附、保湿和抗菌活性，协同促进伤口愈合效果。 由此产生的水凝胶可以作为一种用于治疗皮肤再生的伤口敷料，彻底改变医院、初级保健机构和社区的伤口护理。

参考文献 ：

doi.org/10.1002/adfm.202102599

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