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  近年來，用于傷口修復的生物材料在全球范圍內引起了廣泛關注。相比傳統傷口敷料，水凝膠因其高含水量、優異的生物相容性、智能響應性等性質被廣泛地用于傷口修復研究。皮膚常處于動態力學環境中，比如，指關節、肘關節等關節部位由于頻繁的彎曲活動，皮膚受到拉伸作用；足底部位由于行走運動等而受到壓力作用，上述部位的傷口容易受外力作用產生形變，干擾愈合過程，增加受細菌感染的幾率，甚至造成二次傷害。因此，可適應傷口形變，并根據傷口形變特征相應的調控藥物釋放，抑制傷口細菌感染、促進傷口愈合的水凝膠具有極大的臨床應用前景。

  近日，中國科學院寧波材料技術與工程研究所王榮團隊、中山大學付俊課題組和南昌大學劉東雷課題組共同研發了一種機械響應藥物控釋、抗菌抗污水凝膠用于皮膚傷口修復。以丙烯酰化Pluronic F127（F127DA）膠束作為大分子交聯劑和活性藥物載體，甲基丙烯酰乙基磺基甜菜堿作為單體，利用自由基聚合合成水凝膠（圖1）。該水凝膠表現出優異的力學性能和良好的組織粘合性（圖2a-c）。由于聚兩性離子材料的高親水性，在水性條件下該水凝膠材料表面能夠形成穩定的排斥性邊界，表現出優異的抗生物污染性能（圖2d-i）。

圖1. (a, b)水凝膠制備過程示意圖；(c) 機械力作用下水凝膠網絡的變形和藥物釋放示意圖

圖2.水凝膠的(a)拉伸應力-應變曲線、(b)壓縮應力-應變曲線，(c)水凝膠在豬皮表面的粘附強度-位移曲線；金黃色葡萄球菌在(d) UrgoClean敷料, (e) F₆S_4.0 和(f) F₆S_4.0R 水凝膠表面生物膜形成情況的SEM圖；(h, g, i) 不同細菌在敷料和水凝膠表面粘附的數量

  對F127DA 膠束交聯的水凝膠施加外力時，F127DA 膠束發生構象變形，膠束內部的疏水締合作用被破壞，導致其所負載的疏水藥物與膠束核的結合不穩定，從F127DA 膠束釋放到水凝膠基質中，最終通過擴散釋放到外部環境。從而該水凝膠可通過機械應變大小和機械循環加載次數有效調控藥物持續釋放，表現出高效抗菌性能（圖3a, b）；并且結果表明機械應變能夠促進藥物在組織內的滲透，這為該水凝膠作為藥物搭載平臺提供了廣泛應用的可能（圖3c, d）。在大鼠全層皮膚缺損模型實驗中，該水凝膠表現出良好的促進皮膚修復的能力（圖4）。

圖3. (a)不同拉伸應變下F₆S_4.0R水凝膠的藥物釋放曲線及(b)其所釋放藥物溶液對金黃色葡萄球菌的抑菌圈大小；在熒光水凝膠(c)靜置100分鐘和(d) 60%應變下壓縮循環1000次之后豬肉組織截面的熒光共聚焦顯微圖像，標尺代表250 μm，白色虛線右側為豬肉組織，紅色虛線代表熒光強度測量區域。

圖4. (a)傷口修復過程代表性照片，(b)傷口大小，以及(c，d)水凝膠組和對照組傷口區域的H＆E染色圖像。藍色箭頭：上皮層。黑色箭頭：在傷口區域形成血管。

  上述工作以“Mechano-Responsive, Tough, and Antibacterial Zwitterionic Hydrogels with Controllable Drug Release for Wound Healing Applications”為題發表于國際期刊ACS Applied Materials & Interfaces (ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 47, 52307–52318)。該工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、寧波市“科技創新2025”重大專項等項目資助。中國科學院寧波材料技術與工程研究所王榮副研究員、中山大學付俊教授和南昌大學劉東雷副教授為共同通訊作者，第一作者是南昌大學與中科院寧波材料所聯合培養碩士方堃，現于日本東京工業大學和理化學研究所攻讀博士學位。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsami.0c13009