综述：水凝胶的物理交联：动态可逆键在烧伤护理中的潜力

这篇综述深入探讨了物理交联水凝胶（Physically Crosslinked Hydrogels）在烧伤治疗中的创新应用，重点分析了氢键（H-bond）、疏水作用（Hydrophobic Interaction）、离子相互作用（Ionic Bond）和金属-配体配位（Metal-Ligand Coordination）等动态可逆键赋予水凝胶的自修复（Self-healing）、组织粘附（Tissue Adhesion）和刺激响应性（Stimuli-responsiveness）特性，为开发个性化智能敷料提供了理论支撑。

　　

水凝胶的物理交联：动态可逆键在烧伤护理中的潜力

1. 引言

烧伤作为全球常见的皮肤损伤，传统敷料（如纱布）因无法适应不规则创面且易导致二次损伤，促使研究者转向水凝胶敷料。这类含90%水分的三维网络材料，通过物理交联（如氢键或离子键）形成动态可逆结构，兼具仿生细胞外基质（ECM）特性与透气性，能有效维持湿润环境并促进角质形成细胞（Keratinocytes）和成纤维细胞（Fibroblasts）迁移。尤其值得注意的是，物理交联避免了化学交联剂的毒性风险，通过温度、pH或离子强度调控即可实现凝胶-溶胶转换。

2. 烧伤水凝胶敷料的关键需求

理想敷料需满足十二项核心指标（表1），包括透氧性（O₂
/CO₂
交换）、透明性（实时监测）、机械柔韧性（适应关节活动）及抗菌性。物理交联水凝胶通过以下特性脱颖而出：

• 动态可逆键：氢键（10–40 kJ·mol^?1
  ）和疏水作用在体温下可逆重组，赋予材料自修复能力。例如，含单宁酸（Tannic Acid）的明胶水凝胶通过酚羟基与氨基的氢键实现95%修复效率。
• 组织粘附：受贻贝粘附蛋白启发，儿茶酚（Catechol）或没食子酸（Gallol）基团能与皮肤蛋白质形成多重相互作用（图2），在猪皮上实现97 kPa粘附强度。
• 抗感染与促愈合：金属配位（如Fe³⁺
  -组氨酸）不仅增强力学性能，还可通过“特洛伊木马”机制（模仿铁代谢）抑制细菌生长。

3. 物理交联机制详解

3.1 氢键

氢键网络在酸性条件下增强，如羧甲基壳聚糖（CMCS）与海藻酸钠在pH 5.0时形成致密凝胶。但水中稳定性差，需通过甲基化构建“疏水口袋”保护键合。

3.2 疏水作用

聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAAm）在32°C（LCST）以上发生相变，疏水异丙基聚集形成胶束交联点，适用于负载疏水药物如克罗辛（Crocin-1）。

3.3 离子相互作用

海藻酸钠（Alginate）与Ca²⁺
的“蛋盒”结构（Egg-box）是经典模型，而壳聚糖（Chitosan）与三聚磷酸钠（TPP）的静电络合可实现室温成胶。

3.4 金属-配体配位

Fe³⁺
与多巴胺（Dopamine）的配位比（pH依赖）调控凝胶强度：单齿（pH≤2）、双齿（pH 3–6）或三齿（pH≥7）配位模式（图13）。铝离子（Al³⁺
）交联的CMCS/PAA水凝胶更展现1930%的超拉伸性。

4. 环境响应性制备策略

• 温度调控：冷冻-解冻法使PVA链通过冰晶模板形成多孔结构，经3次循环后模量提升3倍。
• pH触发：组氨酸（His）在pH 7.4时与Zn²⁺
  配位，实现注射后原位凝胶化。
• 溶剂置换：二甲基亚砜（DMSO）到水的置换诱导聚乙烯醇（PVA）疏水域重组，抗溶胀性提高50%。

5. 未来展望

智能水凝胶的下一阶段将聚焦三大融合：

1. 化学生物杂交：共价与非共价键协同提升机械强度（如UPy四重氢键与硼酸酯键联用）；
2. 3D生物打印：基于LCST聚合物的生物墨水可打印个性化敷料，孔隙>100 μm以促进营养交换；
3. 电子皮肤集成：导电水凝胶（含Fe³⁺
   /Al³⁺
   ）能实时监测pH和IL-6水平，通过物联网（IoT）预警感染。

这种“感知-治疗”一体化设计，或将彻底改变烧伤护理从被动敷料到主动治疗的范式。