水凝胶敷料作为一种高度含水的三维网络材料，不近能够为伤口提供湿润的微环境，进一步改性后还能具备抗菌，抗氧化和抗自由基性能，从而加速伤口愈合过程。然而，传统的水凝胶敷料的粘接性能较差，制备具有优异粘接性能的水凝胶具有十分重要的意义。同时，赋予水凝胶一定的生物活性也具有十分重要的意义。传统方法多为负载生长因子，但是生长因子较为容易失活且无法实现较好的控制释放。

基于此，近日，中国科学院上海硅酸盐研究所的常江研究员团队开发了一种同时具备优异的粘接性能和生物活性的水凝胶材料。这种水凝胶能够在多种生物组织（如骨、肺、脂肪、皮肤、肌肉等）和可植入材料（如硅胶膜，钛合金等）表面实现强力粘附，粘附强度为对照组的3-5倍。水凝胶的主体材料为高碘酸钠氧化的海藻酸钠（OSA），使用己二酸二酰肼（ADH）修饰的γ-聚谷氨酸（γ-PGA）作为交联剂，同时掺杂生物玻璃（bioglass, BG）用以赋予水凝胶良好的促伤口愈合能力，最终得到BG/OSA水凝胶。

BG首先在材料和组织界面处发生离子交换，提供碱性的微环境，有利于OSA的醛基和组织表面的大量氨基反应生成亚胺键，从而进一步提高水凝胶的粘接性能。随后，BG能够缓慢释放Ca2+，从而进一步增加水凝胶的粘度，从而增强其在可植入材料表明的粘附能力。更为重要的是，BG能够释放Si离子，研究表明，Si离子能够有效促进伤口的血管生成，从而加速伤口的愈合。动物实验结果表明，在相同的修复时间范围内（21d），仅有使用了BG/OSA 水凝胶的组别能够实现创面的完全愈合（图7a）。

图1 水凝胶原理示意图

作者首先探究了添加不同浓度的BG之后水凝胶的成胶时间，研究表明，随着BG含量的增加，BG/OSA水凝胶的成胶时间延长，可能原因是随着BG的加入，水凝胶成胶过程中的pH值偏碱性，不利于OSA和ADH-γ-PGA的反应（需在微酸性条件下发生），从而延缓了水凝胶的成胶进度。

图2 水凝胶外观及成胶时间

随后，作者探究了BG/OSA水凝胶的组织粘附性能，研究表明，随着BG的含量增加，BG/OSA水凝胶的粘接性能逐渐增强，同时研究表明，随着BG含量的增加，水凝胶的pH值逐渐增加，且均为偏碱性。

图3 水凝胶的组织粘附性能

作者的进一步研究表明，BG/OSA水凝胶对常用的可植入材料均有较为优异的粘接性能，且随着BG增加而增强，同时，材料表面的粗糙程度也会影响水凝胶的粘接性能，研究表明，水凝胶在多孔材料表面的粘接能力要优于普通材料。

图4 水凝胶在可植入材料表面的粘附能力

为了进一步验证水凝胶的实用性，作者首先采用浸提液实验验证了水凝胶具有优异的生物相容性，且能够有效促进VEGF生长因子的分泌，初步证实了其具有促伤口愈合的潜能。

图5 体外细胞实验

随后，作者通过伤口闭合和慢性伤口愈合动物实验进一步验证了BG/OSA水凝胶不仅具有优异的组织粘接能力，也具有良好的生物活性，能够有效加速伤口愈合进程，促进伤口处血管化和细胞外基质成分的沉积。

图6 体内伤口闭合实验

图7 体内慢性创面愈合实验

结论：本文制备了一种同时具有优异的粘接性能和生物活性的水凝胶，实验表明，BG/OSA水凝胶在组织表面和可植入材料表面均有较为优异的粘附能力，体内实验表明BG/OSA水凝胶能够有效促进伤口愈合过程，具有十分广阔的应用前景。

相关工作以“A novel dual-adhesive and bioactive hydrogel activated by bioglass for wound healing ”为题发表在国际著名期刊《NPG asia materials》上。

全文链接：https://www.nature.com/articles/s41427-019-0168-0