经过溶剂退火处理的三螺旋结构重组藻胶水凝胶，具备机械可调性和可注射特性

《Carbohydrate Polymers》：Solvent-annealed triple-helix reconstituted schizophyllan hydrogels with mechanically tunable and injectable properties

可注射水凝胶的溶剂交换辅助湿热退火制备方法，通过调控温度和时间实现SPG三螺旋结构的可逆解离与重构，形成纯物理交联网络，兼具机械性能可调性、生物相容性及注射流动性，体内测试显示低炎症反应。

　　本文介绍了一种基于裂褶菌多糖（Schizophyllan, SPG）的新型可注射水凝胶的制备方法。SPG是一种天然多糖，具有良好的生物相容性，但其在水凝胶中的应用常常受到化学交联剂的细胞毒性以及缺乏注射性等限制。为了解决这些问题，研究团队引入了一种溶剂交换辅助湿热处理的方法，该方法能够实现SPG三螺旋结构的可逆解离与重组，从而获得一种完全物理交联、具有注射性的水凝胶材料。

该方法的核心在于利用溶剂交换和湿热处理过程对SPG分子结构进行调控。在初始阶段，SPG被溶解在一种良好的溶剂中，以破坏分子间的相互作用。随后，通过将溶剂替换为不良溶剂，促使SPG分子链重新结合并形成初步的网络结构。在湿热处理过程中，温度的升高增强了分子链的流动性，促进了更稳定结构的形成。最后，将溶剂替换为水，从而得到最终的水凝胶。这种方法已被成功应用于制备坚韧的聚乙烯醇（PVA）水凝胶，而本研究则首次将其应用于SPG，以实现其三螺旋结构的可控解离与重组。

SPG的三螺旋结构是由其独特的β-1,3-糖苷键连接的葡萄糖残基链以及每隔三个主链糖单位连接的β-1,6-糖苷键单葡萄糖分支所形成的。这种结构在水溶液中能够通过链内和链间的氢键作用形成高度稳定的三螺旋构型。这种结构不仅赋予了SPG优异的水合能力和生物相容性，还使其具备抗菌和潜在抗肿瘤等生物功能特性。然而，传统方法中，为了形成稳定的水凝胶结构，通常需要使用化学交联剂或者与其他聚合物或无机填料进行物理混合，这可能导致材料的细胞毒性增加或限制其注射性。

本研究提出了一种全新的策略，即通过溶剂交换辅助湿热处理过程，利用SPG自身的三螺旋结构特性，在不进行化学修饰或物理混合的情况下实现可注射水凝胶的制备。这种方法不仅避免了传统方法中可能引入的细胞毒性问题，还使得水凝胶具备了良好的注射性，适用于微创医疗应用。通过调控热处理的温度和时间，可以实现对水凝胶力学性能的广泛调整，使其在弹性模量和断裂强度方面具有较大的可调范围。这种调控能力使得SPG水凝胶能够适应多种生物医学需求，如组织工程、药物递送和再生医学等。

在实验过程中，研究团队采用了多种表征手段，包括小角度X射线散射（SAXS）来监测样品在热处理过程中的结构演变。同时，还进行了压缩测试和流变测试，以评估水凝胶的机械性能和注射性。结果表明，经过热处理后，SPG水凝胶能够形成一种半柔性网络结构，这种结构能够抵抗小应变，但在受到剪切力时表现出剪切变稀的特性，从而便于通过注射器进行递送。此外，体外细胞毒性实验显示，SPG水凝胶对NIH/3T3细胞的存活率超过95%，表明其具有良好的生物相容性。在体内实验中，将SPG水凝胶植入小鼠皮下后，仅观察到短暂的炎症反应，并在28天内完全消退，进一步验证了其安全性。

该研究的成功不仅在于开发了一种新型的SPG水凝胶制备方法，还在于其对材料结构和性能的精确调控能力。SPG水凝胶的可注射性使其在微创医疗领域具有广泛的应用前景，例如在组织修复、药物输送和细胞培养等方面。同时，其物理交联机制也避免了化学交联剂可能带来的副作用，使得该材料更加安全可靠。此外，该水凝胶的力学性能可以通过调整热处理参数进行优化，使其能够满足不同应用场景的需求。

在材料制备方面，SPG水溶液的浓度是影响水凝胶形成的关键因素之一。为了确保水凝胶在溶剂交换和湿热处理过程中能够形成稳定的网络结构，SPG的浓度需要超过其纠缠阈值（c?）。在这种浓度下，分子链之间的纠缠作用可以作为临时的交联点，从而在不发生宏观流动的情况下维持网络的完整性。这一特性使得SPG水凝胶在注射过程中能够保持其结构的稳定性，同时在后续的热处理过程中能够通过氢键的重新形成和分子链的相互作用来增强其机械性能。

在实验设计上，研究团队采用了系统的方法来评估SPG水凝胶的性能。通过SAXS技术，他们能够观察到SPG分子在不同溶剂条件下的结构变化，从而确认三螺旋结构的解离与重组过程。流变测试和压缩测试则提供了关于水凝胶力学行为的详细数据，包括其弹性模量、断裂强度以及剪切变稀特性。这些数据不仅有助于理解SPG水凝胶的物理机制，也为进一步优化其性能提供了理论依据。

在生物相容性评估方面，研究团队进行了体外和体内的实验。体外实验中，他们使用NIH/3T3细胞进行细胞毒性测试，结果显示SPG水凝胶对细胞的毒性极低，细胞存活率超过95%。这表明SPG水凝胶在体外环境下具有良好的生物相容性，不会对细胞造成明显的损害。在体内实验中，SPG水凝胶被植入小鼠皮下，观察到的炎症反应是短暂的，并在28天内完全消退。这表明该材料在体内环境中也具有良好的生物相容性，能够被机体有效接受并逐渐降解，从而避免长期的免疫反应或组织损伤。

综上所述，本文提出了一种基于SPG三螺旋结构的可注射水凝胶制备方法，该方法通过溶剂交换辅助湿热处理过程实现了对材料结构和性能的精确调控。SPG水凝胶不仅具备良好的生物相容性和安全性，还具有可注射性和可调的力学性能，使其成为一种具有广泛应用前景的新型生物材料。未来的研究可以进一步探索SPG水凝胶在不同生物医学应用中的具体表现，例如在组织工程支架、药物缓释系统和细胞培养基质等方面的潜力。此外，还可以尝试优化其制备工艺，以提高其性能和适用性，从而推动其在实际医疗中的应用。