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東華大學(xué)朱美芳/侯?lèi)?Biomaterials：可調(diào)節(jié)水蒸發(fā)焓的持續(xù)多孔水凝膠非織造布用于高滲液傷口的全階段愈合
2024-12-25  來(lái)源：高分子科技

  有效的滲液管理對(duì)促進(jìn)傷口愈合至關(guān)重要。醫(yī)用敷料因其廣泛的吸收性、透氣性及實(shí)用性等在傷口愈合治療過(guò)程中展現(xiàn)巨大潛力。目前，現(xiàn)有敷料在全階段維持穩(wěn)定濕潤(rùn)微環(huán)境促進(jìn)傷口愈合方面仍面臨挑戰(zhàn)，特別是高滲液傷口濕潤(rùn)環(huán)境的維持顯得不足。因此，探索如何利用敷料有效管理滲液并精準(zhǔn)調(diào)控傷口分階濕潤(rùn)環(huán)境是目前材料與醫(yī)學(xué)領(lǐng)域共同研究的熱點(diǎn)。


  近期，東華大學(xué)朱美芳/侯?lèi)鹧芯繄F(tuán)隊(duì)構(gòu)建了一種新型的水凝膠非織造布（Gel-Fabric）作為敷料的吸收層（圖1）。它具有不對(duì)稱(chēng)的兩親性表面和持久的微觀多孔結(jié)構(gòu)，可有效地動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)傷口表面的水分，同時(shí)具有優(yōu)異的吸濕、滲透和保濕性能。水凝膠非織造布可以在愈合前期吸收多余的滲出物并促進(jìn)蒸發(fā)，然后在愈合后期保持傷口的水分環(huán)境。這是一種無(wú)需更換敷料，全程一步治療高滲液傷口的新方法，具有重要的臨床意義。


圖1 新型水凝膠非織造布的設(shè)計(jì)原理圖


  在這項(xiàng)研究工作中，首先通過(guò)動(dòng)態(tài)原位聚合紡絲法連續(xù)化制備具有可調(diào)水態(tài)的非織造用吸水纖維(P15/Cx纖維)。以聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）為交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)骨干，同時(shí)將NaPAA-g-CMC聚合物鏈穿插到交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中形成半互穿三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的親水纖維不同，本征吸水纖維可以利用聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)促進(jìn)中間水的形成，有效捕獲結(jié)合水，能夠?qū)崿F(xiàn)大量水分儲(chǔ)存，并在改變水的狀態(tài)方面表現(xiàn)出卓越的性能。


  本研究通過(guò)整合親水性本征吸水纖維和疏水性超細(xì)PET纖維，構(gòu)建了具有非對(duì)稱(chēng)兩親性表面和持久微觀多孔結(jié)構(gòu)的水凝膠非織造布（圖 2）。本征吸水纖維的強(qiáng)親水性削弱了孔間毛細(xì)力，從而降低了自由水的垂直泵送能力，導(dǎo)致液滴積聚。因此，我們利用疏水超細(xì)PET纖維構(gòu)建微孔結(jié)構(gòu)，可以產(chǎn)生較強(qiáng)的毛細(xì)效應(yīng)。同時(shí)，將PET纖維與吸水纖維混合，使材料的親疏水性協(xié)調(diào)一致，產(chǎn)生Young-Laplace壓力，促進(jìn)自由水的顯著滲透和輸運(yùn)。


圖2 新型水凝膠非織造布的制備示意圖


  為了證明新型水凝膠非織造布出色的液體管理能力和垂直吸收的特性，研究人員對(duì)不同結(jié)構(gòu)和組分的材料的浸潤(rùn)性、反重力吸收和蒸發(fā)特性進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果顯示新型水凝膠非織造布僅在6秒內(nèi)就完全吸收了液滴，同時(shí)保持了其連續(xù)輸送液體的能力（圖3）。而且，吸水纖維在吸收液體后會(huì)膨脹成凝膠態(tài)纖維，形成凝膠堵塞效應(yīng)，將液體鎖在原位，有效避免傷口周?chē)つw發(fā)生浸漬。同時(shí)，吸水纖維將部分自由水轉(zhuǎn)化為中間水，降低水分蒸發(fā)所需的能量，促進(jìn)液體蒸發(fā)。這有利于在愈合前期有效引流和去除多余的滲液。愈合后期材料內(nèi)結(jié)合水的存在提高了水的蒸發(fā)焓，這可以滿(mǎn)足創(chuàng)面愈合后期滲出物減少時(shí)保持創(chuàng)面水分的需要。


圖3 新型水凝膠非織造布的液體管理性能


  新型水凝膠非織造布的化學(xué)修飾和物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)有效管理滲液，維持傷口適宜水分環(huán)境起決定性作用。本課題組設(shè)計(jì)的新型水凝膠非織造布通過(guò)其非對(duì)稱(chēng)兩親性多孔結(jié)構(gòu)和吸水纖維調(diào)控水態(tài)的作用協(xié)同管理傷口滲出物，能有效閉合皮膚深層傷口，而且在愈合后期仍能維持適宜濕潤(rùn)環(huán)境，避免疤痕組織的生成。在大鼠背部構(gòu)建1.5 cm的全層皮膚缺損模型評(píng)估中，該水凝膠非織造布展現(xiàn)出良好促肉芽組織生長(zhǎng)、膠原蛋白沉積和傷口愈合特性。因此，治療的有效性證明新型水凝膠非織造布維持高滲液傷口細(xì)胞增殖和上皮組織再生所需的最佳含水量，是修復(fù)高滲液傷口的理想候選材料。


圖4 新型水凝膠非織造布閉合全層皮膚損傷


  以上研究成果以“Hydrogel-Based Nonwoven with Persistent Porosity for whole-stageHypertonic Wound Healing by Regulating of Water Vaporization Enthalpy”為題，發(fā)表在《Biomaterials》(10.1016/j.biomaterials.2024.123036) 。該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目等支持。


  文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2024.123036

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（責(zé)任編輯：xu）
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