综述:基于动态共价键的多糖水凝胶及其在伤口敷料中的应用

【字体: 时间:2025年06月16日 来源:Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 5.4

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  (编辑推荐)本综述系统阐述了动态共价键(Dynamic covalent bonds)策略如何革新多糖水凝胶(Polysaccharide hydrogels)在伤口修复中的应用。通过可逆的亚胺键(Schiff base)、硼酸酯键(Borate ester)、二硫键(Disulfide)等动态交联,赋予材料自修复(Self-healing)、可注射(Injectable)及刺激响应性(Stimuli-responsive)等智能特性,显著提升敷料对不规则创面的适应性及药物控释能力,为感染性/糖尿病伤口等复杂创面管理提供新思路。

  

动态共价键:重塑多糖水凝胶的智能修复革命

Abstract
多糖水凝胶因其与细胞外基质(ECM)相似的结构和生物相容性,已成为伤口敷料的关键材料。然而传统永久共价或物理交联体系存在不可逆损伤、自修复能力差等缺陷。动态共价键的引入通过可逆键重组机制,使材料获得自修复、形状适应及刺激响应释药等突破性功能。本综述系统梳理了基于亚胺键、硼酸酯键等动态交联的多糖水凝胶在创面修复中的应用前景与挑战。

Introduction
皮肤作为人体重要屏障,其损伤修复涉及止血、炎症、增殖和重塑四个阶段。多糖类水凝胶(如壳聚糖Chitosan、透明质酸Hyaluronic acid、海藻酸钠Alginate)能模拟ECM功能,但传统交联方式难以满足临床需求:化学交联水凝胶机械强度高但缺乏自愈性,物理交联网络则在生理环境中不稳定。动态共价键的出现破解了这一困局——这类共价键可在pH、温度等刺激下可逆断裂/重组,使材料具备"动态适应性"。

Dynamic covalent bonding
动态共价键的特殊性在于其环境响应性。以亚胺键(-C=N-)为例,其在中性条件下稳定,但在酸性微环境中可逆断裂,该特性被巧妙用于设计pH响应性伤口敷料。硼酸酯键(B-O-C)则对葡萄糖敏感,为糖尿病伤口管理提供新思路。二硫键(S-S)在还原性伤口微环境中断裂的特性,可实现氧化还原调控的药物释放。这些动态键的协同应用,使水凝胶能像"智能拼图"般动态适应创面形态变化。

Dynamic covalent bonding-based polysaccharide hydrogels in wound dressings
在感染性伤口中,壳聚糖-亚胺键水凝胶通过pH触发的键断裂释放银离子(Ag+
),实现按需抗菌。对于糖尿病慢性伤口,硼酸酯交联的透明质酸水凝胶可响应高葡萄糖环境释放生长因子(如VEGF)。烧伤敷料则利用二硫键的动态特性,在保持机械强度的同时实现无创伤更换。值得注意的是,Diels-Alder反应构建的热响应性琼脂糖水凝胶,能在体温下自发闭合创面,减少二次损伤。

Conclusions
动态共价化学为多糖水凝胶带来了范式转变。相比传统材料,这类智能敷料的服役寿命可延长3-5倍,药物利用率提升60%以上。其核心优势在于通过"动态平衡"实现结构与功能的实时调控,这类似于生物组织的稳态维持机制。

Future prospects and challenges
尽管前景广阔,临床转化仍面临三大挑战:动态键的长期稳定性、大规模生产的质量控制,以及个性化治疗的精准调控策略。未来研究或可探索双动态键(如亚胺-二硫键协同)系统,或整合导电聚合物构建"电活性"修复支架,进一步模拟天然ECM的多功能特性。

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