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傷口愈合是人體最復(fù)雜的動(dòng)態(tài)生物學(xué)過(guò)程之一，多種因素均可以中斷傷口愈合過(guò)程，導(dǎo)致慢性傷口。在過(guò)去的十年間，各種具有抗菌、抗炎、止血、物質(zhì)遞送、刺激響應(yīng)等功能的水凝膠傷口敷料相繼被報(bào)道。但是，傷口愈合是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，這導(dǎo)致具有單一功能的水凝膠傷口敷料很難滿足復(fù)雜交錯(cuò)的愈合需求。2017年，西安交通大學(xué)前沿科學(xué)技術(shù)研究院郭保林教授課題組提出了同時(shí)具備多種可調(diào)功能的智能水凝膠概念，并基于前期經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)動(dòng)態(tài)席夫堿反應(yīng)制備了一種能夠滿足不同創(chuàng)面愈合階段不同要求的可注射自愈合多功能水凝膠皮膚傷口敷料（Biomaterials 2017,122, 34-47,引用1200余次）。此后，課題組進(jìn)一步引入具有良好生物黏附性的多巴胺，制備出一系列增強(qiáng)了組織黏附和止血性能，并兼顧多功能性的水凝膠傷口敷料。但由于這些水凝膠敷料大多屬于單網(wǎng)絡(luò)凝膠，遇到具有復(fù)雜運(yùn)動(dòng)需求的傷口時(shí)，機(jī)械韌性還不足以充分滿足需求。因此，開(kāi)發(fā)具有更高機(jī)械韌性的水凝膠敷料是傷口敷料發(fā)展的重要研究方向。

受Jianping Gong等人于2003年首次報(bào)道的雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠策略影響，結(jié)合Meijer團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)的一種基于脲基嘧啶酮（UPy）的互補(bǔ)四重氫鍵體系，郭保林團(tuán)隊(duì)近期開(kāi)發(fā)了一種物理動(dòng)態(tài)雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠的通用制備方法，并拓展了其作為傷口愈合敷料、生物粘合劑和止血?jiǎng)┑木唧w應(yīng)用。此外，還提供了一些具體的表征方法來(lái)驗(yàn)證物理動(dòng)態(tài)雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠在各種應(yīng)用類型中所需具備的性能。

物理動(dòng)態(tài)雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠的制備以及水凝膠網(wǎng)絡(luò)中物理雙動(dòng)態(tài)交聯(lián)的示意圖

研究過(guò)程中，科研人員首先通過(guò)六亞甲基二異氰酸酯（HDI）將脲基嘧啶酮（Upy）接枝到生物高分子（如明膠）上，形成Upy改性明膠（GTU），隨后在含有多羥基的合成高分子如聚(甘油癸二酸酯)-共-聚(乙二醇)（PEGS）的羥基上共聚3，4-二羥基苯丙酸，生成PEGS-共聚-兒茶酚（PEGSD），最后通過(guò)往上述兩種聚合物混合溶液中添加Fe³⁺，將Upy的多重氫鍵與Fe³⁺和鄰苯二酚之間的金屬配位相互作用結(jié)合在一起，利用兩種物理相互作用發(fā)展了具有較高機(jī)械強(qiáng)度和動(dòng)態(tài)性能的雙物理交聯(lián)快速自愈水凝膠的制備新方法。與共價(jià)雙交聯(lián)水凝膠和混合化學(xué)/物理雙交聯(lián)水凝膠相比，在該物理動(dòng)態(tài)雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠中，兩種物理動(dòng)態(tài)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)都能在水凝膠變形過(guò)程中參與能量耗散，并通過(guò)可逆鍵“締合-解離”機(jī)制實(shí)現(xiàn)自愈性能。

物理動(dòng)態(tài)雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠作為傷口敷料促進(jìn)耐藥菌感染傷口修復(fù)

上述工作以《物理動(dòng)態(tài)雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠作為敷料促進(jìn)組織修復(fù)》（Physical dynamic double-network hydrogels as dressings to facilitate tissue repair）為題在《自然-實(shí)驗(yàn)手冊(cè)》（Nature Protocols）上發(fā)表。文章通訊作者為西安交通大學(xué)前沿院郭保林教授，前沿院梁永平助理教授參與了論文撰寫(xiě)。西安交通大學(xué)前沿科學(xué)技術(shù)研究院為該論文第一通訊單位。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、金屬材料強(qiáng)度國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和中央高校特色發(fā)展引導(dǎo)基金的共同資助。

文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41596-023-00878-9