《AFM》西建杨琴/周元臻，西北大学李剑利：高抗菌电疗伤口监测水凝胶！

近年来，软生物电子材料因其具有与人体皮肤相似的导电性、良好的生物相容性和优异的机械相容性以及良好的功能设计性成为生物组织工程、柔性可穿戴设备及软机器人等领域的研究热点。其中，兼具治疗与监测的新型柔性电子皮肤材料的研发成为软生物电子在生物医用领域实际应用的关键。而水凝胶作为一种含水量高、生物相容性好的柔性生物材料，由于其与人体组织的物理相似性，已被用于人体复杂环境的药物输送、柔性传感和生物医等疗领。天然多酚类化合物已被证明在抗氧化、抗菌和抗肿瘤等方面具有良好的作用。其中，木质素（Lig）来源丰富，成本低廉，利用木质素制备水凝胶具有大规模生产和应用的潜力。但其结构中通常只包含一个酚羟基而不具有明显的多酚结构，这导致了传统的木质素水凝胶往往表现出短期的溶胀，机械性能差，抗菌效果不显著的问题。

近期，西安建筑科技大学化学化工学院杨琴副教授和周元臻教授团队联合西北大学李剑利教授团队及其合作者提出了一种通过双金属酚加速木质素/丙烯酸水凝胶动力学的新策略，实现抗菌协同电疗的伤口快速愈合与伤口监测一体化功能。相关工作以“High Antimicrobial Electrotherapy and Wound Monitoring Hydrogel with Bimetal Phenolic Networks for Smart Healthcare”发表在《Advanced Functional Materials》上。

Al3+增强水凝胶快速成胶及持续抗菌机理

该工作报道的PALA水凝胶在室温下无需光照或加热即可快速凝胶化，这是由于Al3+协同Ag-Lig促进了过硫酸铵（APS）产生的硫酸根自由基，加速了丙烯酸的聚合，从而降低了水凝胶制备的成本。水凝胶的优异的机械稳定性归因于丙烯酸链、Ag-Lig纳米粒子和Al3+之间的氢键和金属-配体键 的协同效应，这些相互作用在拉伸过程中充当“牺牲键”以耗散能量。由于Ag-Lig的卓越生物组织粘附性，PALA水凝胶展现出对多种亲水性和疏水性材料（如猪皮和人皮）的长期稳定性和湿粘附性，且在人皮上无残留。含有Ag-Lig和Al3+的PALA水凝胶展现出更强的抗菌效果，部分Al3+和Ag+在水凝胶中破坏细胞壁并杀死细菌。Al3+/Al2+的存在加速了Ag-Lig中儿茶酚/醌的动态氧化，导致系统持续释放具有杀菌特性的酚羟基及银离子，增强了其杀菌特性。

电疗协同抗菌的快速伤口愈合及实时监测

体内实验也证实了双金属酚醛网络水凝胶在小鼠中加速了伤口愈合过程。由于PALA水凝胶的强电导率，电刺激（ES）在伤口中均匀分布，这种微电流刺激伤口中深层或表层皮肤细胞的迁移，加速伤口愈合。此外，基于水凝胶的敏感和稳定的传感特性，构建了一个灵活的设 备，用于实时监测伤口愈合过程，该设备可以通过观察电阻变化来监测伤口愈合过程。快速愈合显著有望于减少患者的不适，而实时伤口监测为医生在诊断和治疗中提供了参考。

小结

在这项工作中，Al3+协同Ag-Lig加速了过硫酸铵（APS）的活化，导致丙烯酸快速聚合成水凝胶，该水凝胶具有高抗菌、高导电性、高生物组织粘附性和优异的力学性能。体内创面模型的治疗表明双金属酚水凝胶比单Ag-Lig水凝胶治疗效果更好，且可以与ES协同加速伤口愈合。此外，基于水凝胶优异的传感性可通过观察伤口愈合过程中电阻率的变化实现了对愈合过程的实时监测。所构建的集抗菌-电疗-监测于一体的伤口治疗和监测装置，有望促进软性生物电子材料在智能医学领域的发展。

来源：高分子科学前沿