神奇的水凝胶伤口敷料!

神奇的水凝胶伤口敷料

01

研究背景

皮肤是人体最大的器官，可分为表皮层、真皮层、皮下脂肪层三层组织结构，其所提供的屏障功能对于保持水分、提供机械强度和防止病原微生物入侵至关重要。当皮肤因创伤、疾病或手术而受到损伤时，皮肤的迅速修复是十分重要的。

人体皮肤结构

与人体内的所有其它组织相比，人体皮肤具有强大的自我再生能力。皮肤的自我修复分为四个阶段——凝血阶段、炎症阶段、增殖阶段、重塑阶段。

伤口的自愈过程

疤痕一般形成于伤口愈合过程中，当皮肤的皮下组织受损时，身体会沉积胶原纤维覆盖受损部位，这会产生明显的疤痕，因此，需要能够诱导无瘢痕愈合的敷料。

理想的伤口敷料应具备以下特征：

①保持伤口湿润，防止伤口表面干燥结痂阻碍营养物的递送和伤口表面的免疫防御、细胞在伤口表面上迁移的能力，从而促进组织再生。

②具有良好的生物相容性，无过敏性、毒性，以免引起伤口感染。

③可以无痛去除，以免造成二次损伤。

④具有抗菌、隔热、柔软等特性。

⑤价格合理。

02

常用伤口敷料的优势及痛点

伤口敷料是用于伤口的辅助物，以促进愈合并防止感染和进一步损伤。可分为干敷料和湿敷料。

常见的干敷料有纤维敷料（如纱布）等，但伤口会和空气持续接触并结痂，覆盖伤口并降低上皮形成的速率；此外，干敷料易与伤口粘连，在去除敷料的时候会造成二次伤害。

湿敷料如水胶体、泡沫敷料、水凝胶敷料等，则不会形成结痂，并且随着湿敷料提供低氧张力，愈合速度将增加，这有助于伤口愈合。这些敷料不仅可以使细胞保持活力，使其释放生长因子，同时保持细胞与愈合组织之间的接触，调节或刺激它们的增殖。这些敷料可减少休息、走路和换药期间的疼痛。同时，湿润环境可以快速有效地递送任何添加的抗菌剂，从而防止伤口在湿润环境下被感染。

水胶体敷料由吸收性成分（如羧甲基纤维素、果胶和明胶）和橡胶基材组成，使用成本较低、可有效避免二次损伤，但是引起接触性皮炎的风险，还会在伤口敷料的下面产生一种恶臭的黄色凝胶，可能会导致临床医生或患者误以为伤口感染。

泡沫敷料是由聚氨酯或硅酮基合成的保湿敷料，通常是较厚的敷料，可为伤口床增加体积、提供缓冲。可能会产生类似于在水胶体中观察到的恶臭凝胶。

水凝胶敷料具有由亲水性物质组成的三维网络，不溶于水，且吸水量可高达自身重量的1000倍；同时其通常呈现透明，可以在不去除敷料的情况下时刻监测伤口愈合情况；凝胶不会粘连伤口及其周围的健康皮肤，在去除时不会对伤口造成二次伤害；更重要的是，天然水凝胶具有较好的生物降解性，同时其类似于细胞外基质的特性使其具有良好的生物相容性，较为安全环保。

综上所述，水凝胶敷料是一种有较大前景的伤口敷料。

03

水凝胶敷料种类

壳聚糖基水凝胶敷料

甲壳素是最丰富的天然氨基多糖 ( 聚 -N- 乙酰基 - 葡糖胺 )，它是无脊椎动物，甲壳类动物和昆虫外骨骼以及真菌细胞壁的主要成分。

壳聚糖(CS)是甲壳素的脱乙酰产物聚 -N-乙酰基 - 葡糖胺聚糖，通过用氢氧化钠处理虾和其它甲壳类壳来获得。由随机分布的 β-(1→4)-d-葡糖胺和N-乙酰基-d-葡糖胺组成。

采用生物功能修饰策略来增强壳聚糖水凝胶的抗菌、抗氧化和抗炎性能，从而有利于细菌感染伤口的完全闭合。

壳聚糖

Sun等向壳聚糖（CS）基水凝胶3D网络中引入融合了亲水性和疏水性的多功能肉桂醛-鞣酸-醋酸锌纳米球（CA-TA-ZA NSs）。

多功能肉桂醛-鞣酸-醋酸锌纳米球的制备

壳聚糖基水凝胶的交联机制

（强离子交联、氨醛缩合、静电相互作用、氢键）

该CS基水凝胶表现出良好的抗菌、抗氧化、抗炎症能力，可以在完全覆盖不规则伤口实现快速凝胶化，进而清洁伤口、诱导受伤组织再生、促进伤口愈合。

明胶基水凝胶敷料

明胶(HA)是常见动物蛋白质之一，含有许多氨基酸残基，包括甘氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸和酪氨酸，具有良好的生物相容性和生物降解性，同时具有大量的细胞识别位点，吸附细胞能力强，能够促进细胞增殖。

zhang等向明胶中引入具有强还原性的儿茶酚基、将盐酸多巴胺（DA）接枝到明胶主链上，增加其生物矿化能力，作为生物模板，原位还原银离子生成稳定的银纳米粒子(Ag NPs)，从而制成Gel-DA@Ag水凝胶。

明胶基水凝胶制备原理及抗菌机制

该种水凝胶一方面可以通过Ag纳米粒子特有的抗菌特性杀菌，另一方面由水凝胶的光热效应引发的局部温度升高也可以清除伤口上附着的细菌。

透明质酸基水凝胶敷料

透明质酸 (HA) 是由重复的1、4-和 1，3-键合的葡糖醛酸和N-乙酰基葡糖胺单元形成的线形多糖，在所有脊椎动物组织的 ECM 中普遍存在。通过其与蛋白多糖和连接蛋白的相互作用，HA 组织并维持细胞外和细胞周围基质的结构完整性。作为信号分子，HA 与多种细胞表面受体和 HA 结合蛋白相互作用，从而使细胞生理活动正常进行。

(a).HA的结构 (b).HA的生物合成 (c).HA的生物降解

04

总结

在伤口敷料的研发中，水凝胶材料受到越来越多的关注，与生物体有相似结构的天然高分子材料水凝胶是目前最理想化的伤口敷料。然而，天然高分子材料存在力学性能差、功能化方面不足的缺点，针对这些问题，研究者们对天然高分子材料的水凝胶进行大量的改性研究，包括天然高分子材料的自身改性、天然高分子材料之间的复合改性，以及天然高分子材料和合成材料之间的复合改性等研究，取得了很大的进展，但要满足理想伤口敷料的要求，还需要进行大量的实验和探讨。

参考文献

[1] 陈秀芳,李波波,赵俊.常用伤口敷料的特点及临床应用[J].中国医疗器械杂志,2022,46(05):529-533.

[2] 鲁手涛, 周扬, 徐海荣,等. 天然高分子材料水凝胶在伤口敷料中的应用[J]. 工程塑料应用, 2020, 48(2):5.

[3] Sun, X., Jia, P., Zhang, H., Dong, M., Wang, J., Li, L., Bu, T., Wang, X., Wang, L., Lu, Q., Wang, J., Green Regenerative Hydrogel Wound Dressing Functionalized by Natural Drug-Food Homologous Small Molecule Self-Assembled Nanospheres. Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2106572.

[4] 杨航,熊玉竹,兰显玉,王倩.抗菌水凝胶在伤口敷料中的应用[J].化工新型材料,2022,50(08):267-272.

[5] Zhang, H., Sun, X., Wang,J., Zhang, Y., Dong, M., Bu, T., Li, L., Liu, Y., Wang, L., Multifunctional Injectable Hydrogel Dressings for Effectively Accelerating Wound Healing: Enhancing Biomineralization Strategy. Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 2100093.

来源：高分子物理学