基于无溶剂冻融法的纯壳聚糖海绵快速制备及其在创面敷料中的规模化应用潜力

本研究针对传统壳聚糖(CS)海绵制备工艺复杂、成本高且依赖有机溶剂的问题，开发了一种创新的无溶剂冻融策略。通过将碳酸氢铵(NH4HCO3)整合到醋酸溶解的CS溶液中，经单次冻融循环即可自发形成纯CS海绵。该方法省去传统冻干和碱浸步骤，使生产成本降低90%，所得材料在SD大鼠模型中展现出67%的创面上皮化加速效果，为生物材料制造树立了新标杆。

　　

在创面护理领域，传统敷料如纱布和灭菌棉已逐渐被具有修复功能的现代敷料取代。其中，壳聚糖(CS)因其独特的生物相容性、抗菌性和促愈合特性成为研究热点。然而，传统CS海绵制备面临三重困境：依赖有机溶剂和冻干机的复杂工艺、高成本（涉及醋酸溶解、冻干和碱处理多步骤）、以及为增强机械性能常需添加潜在毒性的交联剂。这些问题严重制约了CS海绵的临床应用转化。

针对这些挑战，遵义医科大学的研究团队在《Carbohydrate Polymer Technologies and Applications》发表创新成果。他们开发了一种革命性的无溶剂冻融技术：将碳酸氢铵(NH₄HCO₃)引入醋酸溶解的CS溶液，通过-20°C冷冻1.5小时和26°C解冻1小时的单循环处理，即可获得纯CS海绵(CS-sponge)。该方法巧妙利用NH₄⁺比CS氨基更高的反应活性，促使HCO₃^-取代醋酸根(AcO^-)与CS结合，而HCO₃^-的不稳定性使其在冻融过程中自发水解，最终形成纯净的CS三维网络结构。

关键技术包括：1) CS-NH₄HCO₃溶液稳定性评估（pH/粘度/浊度测定）；2) 冻融过程CO₂释放定量（氢氧化钡吸收法）；3) 材料表征（FTIR/XRD/TGA/SEM）；4) SD大鼠创面模型评估（n=15，分组对照）；5) 生物相容性测试（L929细胞增殖/溶血试验）。

研究结果揭示：
3.1 冻融工艺原理：CS-NH₄HCO₃溶液在空气中会形成表面不溶膜，而密封或CO₂环境下保持稳定。冻融过程导致HCO₃^-解离，使CS分子链通过物理交联形成多孔结构。

3.2 物理化学特性：CS-sponge具有86.63%的高孔隙率，中值孔径60.25μm。其拉伸强度达26.35 kPa（1.57%固含量），水蒸气透过率1136.5 g/(cm2·day)，水吸收量高达6330.2%，完全满足敷料需求。FTIR和XRD证实其成分与原始CS一致。

3.3 生物性能：相比传统CS-HOAc，CS-sponge使L929细胞增殖率提高2.1倍（p<0.001），溶血率<5%。SD大鼠皮下植入8周后降解率达75.14%，且血液指标无异常。创面实验显示，CS-sponge组第6天愈合面积相当于纱布组第10天水平，上皮化速度加快67%（p<0.01），同时炎症因子IL-6水平降低42%。

讨论部分强调：该方法通过NH₄HCO₃的"分子置换"效应，实现CS温和脱溶，避免化学交联剂使用。其核心优势在于：1) 工艺简化（单步冻融替代多步处理）；2) 成本降低90%；3) 环境友好（无有机溶剂）；4) 保持CS天然生物活性。虽然目前对免疫细胞（如巨噬细胞极化）相互作用的评估不足，但该方法为CS敷料的规模化生产提供了全新路径，在应急医疗和组织工程领域具有重要转化价值。

展望指出，该平台技术可延伸至载药海绵和复合材料开发。未来需优化冻融参数（温度/时间/固含量），并探索其与生长因子等的协同作用机制。这项研究不仅解决了CS海绵产业化的关键瓶颈，更为绿色生物材料制造提供了范式转移。