以下文章来源于ACS材料X ，作者ACS Publications
英文原题：Double Crosslinked Hydrogel Dressings based on Triblock Copolymers bearing Anti-Freezing, Anti-Drying and Inherent Antibacterial properties
通讯作者：张奇龙 (Qilong Zhang)
作者：Qian Wang, Xi Liang, Lingyi Shen, Hong Xu, Zhiyong Wang, Carl Redshaw, Qilong Zhang
背景介绍
皮肤是人体对外部环境的第一道屏障可保护身体的重要器官免受入侵和外部刺激。皮肤伤口愈合过程需要保护伤口免受微生物感染。其中，细菌感染会从伤口侵入活体组织，加重炎症反应，延迟伤口愈合或引起并发症。近年来抗生素的滥用引起的多重耐药菌已成为严重致病性感染的罪魁祸首。基于此，具有抗菌特性的伤口敷料被广泛研究以支持皮肤伤口愈合和组织再生。然而，具有良好生物相容性的抗菌天然高分子材料相对较少，同时，抗菌剂的浸出不仅削弱了敷料的抗菌活性，还可能造成潜在的生物安全风险。水凝胶被认为是最理想的敷料材料，因其具有高含水量、多孔结构和与天然细胞外基质相似被广泛应用于生物医学领域。然而，水凝胶作为伤口敷料的耐药性和极端环境下（低温和高温）的有效性一直是亟待解决的问题。
文章亮点
本文通过构建双交联网络结构赋予敷料良好的机械性能，PNVBA-2水凝胶敷料具有较高的断裂应力（33.8 kPa）和断裂伸长率（774%）。
通过引入离子液体和丙三醇赋予水凝胶抗冻抗干燥特性，在−20°C冷冻或70°C加热24小时后，仍表现出高粘弹性和良好的粘附性，同时可以附着在不同材料的表面。
通过接触活性对MDR E. coli和MRSA的灭菌率高达98%。
图文解读
本文设计以N-异丙基丙烯酰胺 (NIPAM)、1-乙烯基-3-丁基咪唑溴盐 (VBIMBr)和3-丙烯酰胺基苯硼酸 (AAPBA)为单体，通过自由基聚合得到抗冻抗干燥的高分子，交联后制备得具有固有抗菌特性的抗菌水凝胶(PNVBA)，并在水凝胶中引入丙三醇提高水凝胶抗冻抗干燥性能。PNVBA水凝胶的组成通过FTIR光谱分析，其化学结构通过13C NMR验证。
图1.(a) PNVBA水凝胶的设计和合成机理，(b) FTIR谱图，(c) 13C NMR谱图。
水凝胶的粘附性会影响其作为伤口敷料的实际应用，包括密封伤口、止血、粘附组织和改善组织恢复。PNVBA水凝胶具有的官能团与不同材料表面之间的多种相互作用（共价和非共价）使得其可以稳定粘附住具有不同重量（2g-18g）的材料。同时，通过拉伸剪切测量得水凝胶的粘附力。随着AAPBA含量的增加，PNVBA的粘附强度先增加后减小。PNVBA水凝胶的抗冻性能和抗干燥性能测试分别为在−20°C和70°C下冷冻或加热24 h，其测试结果如图4d。经过24 h的冷冻或加热，PNVBA水凝胶仍表现出高的黏弹性来维持大变形，在高度压缩后能够恢复原状，仍旧表现出良好的粘附性。
图2. PNVBA水凝胶粘附于不同材料表面(a)、搭接剪切强度测量示意图(b)、粘附力(c)和抗冻抗干燥实验照片(d)
水凝胶的细胞相容性和血液相容性在极大程度上影响着其在生物医学领域的应用。经过PNVBA水凝胶孵育4h后，其上清液与阴性对照组NS相似，表明所制备的水凝胶具有良好的血液相容性，是一种非溶血性材料，可用作医用敷料。相比于未用水凝胶处理的对照组，经过水凝胶处理后对MDR E. coli和MRSA的杀菌率高达98%，PNVBA水凝胶出色的抗菌性能源于其含有带正电荷的阳离子，可以通过静电相互作用吸引带负电荷的细菌，并与细菌的细胞膜结合破坏其完整性，导致细胞物质泄漏和细菌酶失活，最终杀死细菌。水凝胶处理前后的形貌图表明PNVBA水凝胶展示出的良好固有抗菌活性，通过接触活性抗菌，使得其作为伤口敷料时具有预防伤口感染的潜力，不会产生毒性和抗性。同时，PNVBA水凝胶对L929细胞具有良好的生物相容性，与L929细胞共孵育24 h存活率高达90%。综上所述，PNVBA水凝胶可作为生物医学材料应用于伤口。
图3. PNVBA水凝胶的血液相容性(a)、抗菌照片(b)、细菌存活率(c)、水凝胶处理前后细菌SEM图(d)和抗菌机理示意图(e)
总结/展望
本文以NIPAM、VBIMBr和AAPBA为单体制备获得抗冻/抗干燥和具有固有抗菌性能的PNVBA水凝胶，并采用浸没法提高了水凝胶的抗冻/抗干燥性能。PNVBA水凝胶的高含水率、溶胀率和对BSA吸附能力可提供利于伤口修复的环境。同时，水凝胶具有良好的抗冻/抗干燥性能、血液相容性、抗菌活性和生物相容性。故该种具有抗冻、抗干燥特性的抗菌水凝胶可以作为皮肤组织工程中促进伤口愈合的伤口敷料替代材料。
转自：“ACS美国化学会”微信公众号
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