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  創傷或手術后不可控制的出血和傷口感染是導致創傷死亡和組織并發癥的兩大主要原因。其中，水凝膠黏附材料因優秀的組織適配性和相容性在創面止血領域展現出巨大的潛力。然而，現有的研究通常基于靜態皮膚表面傷口止血和修復，難以滿足體內動態濕性傷口，主要原因在于水凝膠材料與濕潤傷口界面的整合匹配度低、容易脫落，該問題也增加了微生物入侵傷口和感染的可能，這極大地限制了其在復雜體內創傷中的應用前景。因此，可在體內動態濕潤生理條件下與組織創面高效適配整合并抗菌的水凝膠止血材料亟待開發。

  近期，南京工業大學材料化學工程國家重點實驗室，食品與輕工學院徐虹教授、王瑞副教授等人，設計了一種受微生物生物膜濕性界面黏附結構啟發的黏附抗菌水凝膠止血材料（圖一）。該材料實現了體內動態心臟出血條件下的快速封堵和抗感染功能，為解決體內濕性動態組織的修復提供了新的思路。該研究成果以“Bio?lm-inspired adhesive and antibacterial hydrogel with tough tissue integration performance for sealing hemostasis and wound healing”為題在線發表在《Bioactive Materials》上( 2020.12,5,768-778；IF=8.724, JCR一區)。 

圖1 DBAH的仿生設計制備、界面黏附機制及應用研究

  該項工作是基于該課題組前期在抗菌黏附水凝膠方面的研究基礎，課題組前期主要基于貽貝蛋白結構設計構建了系列抗菌黏附水凝膠材料，主要以多巴胺和聚賴氨酸為分子單元，模擬貽貝蛋白一級結構中賴氨酸和鄰苯二酚鄰近序列，通過酶催化和自由基聚合手段構建了系列濕性黏附抗菌凝膠材料，該材料表現出優異的抗菌和止血功效。但同時也發現多巴胺分子存在空氣中容易被氧化的現象，一定程度上影響了凝膠的黏附特性。

  細菌的生物膜是指細菌黏附于接觸表面，分泌多糖基質，纖維蛋白，脂質蛋白等，將其自身包繞而形成的大量細菌聚集的膜樣物。感染部位的細菌一旦形成生物膜或生物材料污染的細菌形成了生物膜，即使使用正常劑量成百倍的藥物也不易治愈，成為臨床上難治性感染的重要原因之一。盡管其負面效應嚴重困擾著我們，但其堅固的基質黏附效應也為開展黏附新材料的研究提供了新的思路。

  該工作通過對葡萄球菌生物膜的黏附現象進行文獻調研，發現其主要通過細胞間多糖黏附素(Polysaccharide Intercellular Adhesion, PIA，分子結構如圖所示)分子實現濕性動態界面的堅固黏附，PIA分子結構的特點是脫乙酰度接近20%，即為氨基陽離子基團，剩余80%為乙酰化基團; 一方面氨基陽離子通過靜電相互作用與細胞表面蛋白質等分子發生吸附作用，另一方面，乙酰基疏水基團可以通過自組裝團聚作用自動排除界面水分從而為分子黏附固定起到促進作用。基于此分子機制，該研究以殼聚糖為出發材料，通過對其進行分子改性，制得仿生PIA結構的聚合物材料CS-MA，同時與多巴胺分子（DA）和羥甲基丙烯酰胺（NMA）分子共聚，制備得到雙重仿生水凝膠新材料(DBAH)。區別于多數丙烯酰胺水凝膠材料直接應用于組織，其生物安全性的潛在隱患，該研究采用乙醇-純水反復浸泡（4次循環）純化方法得到了粘性和生物相容性同時保持的水凝膠粘附新材料，DBAH濕性條件下界面黏附力可達34 kPa，并表現出優異的止血性能，能夠迅速粘附在跳動出血的大兔心臟表面產生止血效果，并且能夠承受高達168 mm Hg的壓力，顯著高于人體血壓范圍（60-160 mm Hg）。此外，由于DBAH優異的界面整合黏附功效，高效阻止了環境微生物入侵傷口，表現出良好的抗感染能力。此外，相比于常規的商業醫用敷料，DBAH水凝膠處理的大鼠皮膚全層傷口在9天內達到75%的愈合率。具有更快的促進傷口愈合效果和應用前景。

  該體系的研制成功不僅為新型黏附抗菌水凝膠的仿生設計提供了新思路，同時為生物膜衍生新材料的開發拓寬了新方向。

  相關工作得到了科技部國家重點研發計劃、國家自然科學基金和南京工業大學材料化學工程國家重點實驗室自主課題經費等基金的資助和支持。南京工業大學研究生韓偉是論文的第一作者，徐虹教授、李莎教授和王瑞副教授為論文的共同通訊作者。

  全文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2020.05.008