电荷平衡转换策略构建的Janus水凝胶实现强效湿组织粘附与抗术后粘连

推荐：针对现有Janus水凝胶需差异化化学设计层间结构的难题，南京师范大学团队通过pH调控电荷平衡，开发了由相似成分（阴离子羧酸聚合物/阳离子ε-聚赖氨酸）构成的AL/MLT双面水凝胶。该材料在酸性条件下形成粘附层（AL，粘附强度达100.4 kPa），中性条件下形成抗粘附层（MLT，模拟两性离子电中性结构），兼具6周抗粘连性、362.5 mmHg爆破压力及99.8%抗菌率，在大鼠胃缺损模型中显著优于商业纤维蛋白胶。

　　

外科手术中，组织粘合剂正逐步替代传统缝合线，但现有产品面临两大困境：湿组织粘附力不足（如纤维蛋白胶仅87.5 mmHg爆破压力）和术后粘连风险（均质粘合剂易与周围器官粘连）。更棘手的是，当前Janus水凝胶需对双层进行差异化化学修饰，如一侧引入Fe³⁺
阻断粘附基团或复合两性离子聚合物层，工艺复杂且界面整合不稳定。

南京师范大学的研究团队独辟蹊径，提出通过pH调控实现单组分材料的电荷平衡转换策略。他们设计了一种由阴离子羧酸共聚物（PAMN）和阳离子ε-聚赖氨酸（EPL）构成的Janus水凝胶（AL/MLT）。酸性条件（pH 2.85）下，-COOH/-NH₃
⁺
主导的AL层呈现净正电性，实现瞬时湿组织粘附；中性条件（pH 7.0）下，-COO^?
/-NH₂
平衡的MLT层模拟两性离子电中性结构，赋予抗粘连性能。这种"一变应万变"的设计理念，为生物粘合剂开发提供了新范式。

研究采用四大关键技术：1）pH调控的逐层组装技术构建AL/MLT异质结构；2）体外爆破压力测试（定制化流体注入系统）；3）大鼠胃穿孔模型评估体内密封与抗粘连效果；4）CLSM（共聚焦显微镜）和SEM观察细菌膜破坏机制。

研究结果揭示
3.1 材料特性
通过FTIR和XPS证实AL层在pH 2.85时-COOH/-NH₃
⁺
占比达42%，而MLT层在pH 7.0时-NH₂
比例升至36%。Zeta电位显示AL层+38.6 mV（酸性）vs MLT层+0.6 mV（中性），这种动态可逆的电荷转换是功能分化的核心。

3.2 粘附/抗粘附性能
AL层对猪皮肤粘附强度达100.4 kPa，经PBS浸泡24小时后仍保持105.1 kPa。更惊人的是胃缺损密封爆破压力达362.5 mmHg，远超动脉压（140 mmHg）。而MLT层因电荷平衡，蛋白吸附量降低90%（BSA测试），成功实现6周抗粘连。

3.3 胃缺损修复
在大鼠4mm胃穿孔模型中，AL/MLT组15秒完成密封，7天后粘膜层完整再生，CD31阳性血管密度比纤维蛋白胶组高2.3倍。关键的是，MLT层有效阻隔肝脏粘连（H&E显示清晰间隙），而缝合组粘连严重。

3.4 抗菌与抗氧化
EPL组分使AL/MLT对MRSA和P. aeruginosa
的杀灭率达84.7-87.9%。添加0.025g单宁酸（TA）的MLT层，DPPH·清除率3小时内达90.3%，显著缓解H₂
O₂
诱导的ROS应激（L-02细胞荧光强度降至1.5%）。

3.5 生物相容性
皮下植入实验显示，AL/MLT在10周内完全降解，且MLT层始终维持电中性（Zeta电位验证），无周围组织粘连。CCK-8和溶血试验证实其细胞存活率>95%，溶血率仅1.7%。

这项发表于《Bioactive Materials》的研究，首创性地通过pH调控电荷平衡替代传统化学修饰，解决了Janus材料制备复杂和层间整合弱的痛点。其AL/MLT水凝胶不仅突破湿粘附/抗粘连的性能边界，还整合抗菌、促血管和抗氧化功能，为内脏创伤修复提供了"一贴多效"的解决方案。未来或可拓展至慢性伤口管理，但需进一步验证长期降解产物的生物安全性。