伤口愈合是人体最复杂的动态生物学过程之一，多种因素均可以中断伤口愈合过程，导致慢性伤口。在过去的十年间，各种具有抗菌、抗炎、止血、物质递送、刺激响应等功能的水凝胶伤口敷料相继被报道。但是，伤口愈合是一个复杂的过程，这导致具有单一功能的水凝胶伤口敷料很难满足复杂交错的愈合需求。2017年，西安交通大学前沿科学技术研究院郭保林教授课题组提出了同时具备多种可调功能的智能水凝胶概念，并基于前期经验，通过动态席夫碱反应制备了一种能够满足不同创面愈合阶段不同要求的可注射自愈合多功能水凝胶皮肤伤口敷料（Biomaterials 2017,122, 34-47,引用1200余次）。此后，课题组进一步引入具有良好生物黏附性的多巴胺，制备出一系列增强了组织黏附和止血性能，并兼顾多功能性的水凝胶伤口敷料。但由于这些水凝胶敷料大多属于单网络凝胶，遇到具有复杂运动需求的伤口时，机械韧性还不足以充分满足需求。因此，开发具有更高机械韧性的水凝胶敷料是伤口敷料发展的重要研究方向。
受Jianping Gong等人于2003年首次报道的双网络水凝胶策略影响，结合Meijer团队设计并开发的一种基于脲基嘧啶酮（UPy）的互补四重氢键体系，郭保林团队近期开发了一种物理动态双网络水凝胶的通用制备方法，并拓展了其作为伤口愈合敷料、生物粘合剂和止血剂的具体应用。此外，还提供了一些具体的表征方法来验证物理动态双网络水凝胶在各种应用类型中所需具备的性能。
物理动态双网络水凝胶的制备以及水凝胶网络中物理双动态交联的示意图
研究过程中，科研人员首先通过六亚甲基二异氰酸酯（HDI）将脲基嘧啶酮（Upy）接枝到生物高分子（如明胶）上，形成Upy改性明胶（GTU），随后在含有多羟基的合成高分子如聚(甘油癸二酸酯)-共-聚(乙二醇)（PEGS）的羟基上共聚3，4-二羟基苯丙酸，生成PEGS-共聚-儿茶酚（PEGSD），最后通过往上述两种聚合物混合溶液中添加Fe3+，将Upy的多重氢键与Fe3+和邻苯二酚之间的金属配位相互作用结合在一起，利用两种物理相互作用发展了具有较高机械强度和动态性能的双物理交联快速自愈水凝胶的制备新方法。与共价双交联水凝胶和混合化学/物理双交联水凝胶相比，在该物理动态双网络水凝胶中，两种物理动态交联网络都能在水凝胶变形过程中参与能量耗散，并通过可逆键“缔合-解离”机制实现自愈性能。
物理动态双网络水凝胶作为伤口敷料促进耐药菌感染伤口修复
上述工作以《物理动态双网络水凝胶作为敷料促进组织修复》（Physical dynamic double-network hydrogels as dressings to facilitate tissue repair）为题在《自然-实验手册》（Nature Protocols）上发表。文章通讯作者为西安交通大学前沿院郭保林教授，前沿院梁永平助理教授参与了论文撰写。西安交通大学前沿科学技术研究院为该论文第一通讯单位。该工作得到了国家自然科学基金、金属材料强度国家重点实验室和中央高校特色发展引导基金的共同资助。
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41596-023-00878-9