基于定向冷冻铸造技术的非溶胀性各向异性水凝胶贴片：通过物理屏障和炎症调控实现卓越机械稳定性的体内抗粘连

推荐：针对临床植入补片难以兼顾抗粘连、抗变形和组织促愈合的难题，华南农业大学团队开发了一种基于PVA/CNF的定向冷冻铸造水凝胶贴片（D-P10C2）。该材料具有5.9%的超低溶胀率和89.8%的高含水量，其平行方向拉伸应力达0.91 MPa，浸泡7天后仍保持99%应力保留。动物实验显示其通过物理屏障和捕获IL-1β/TNF-α等促炎因子的双重机制实现零粘连评分，为张力修复手术提供了创新解决方案。

　　

在临床软组织缺损修复领域，传统聚丙烯（PP）和膨体聚四氟乙烯（e-PTFE）补片存在内脏粘连风险，可能导致肠梗阻、慢性疼痛等严重并发症。现有水凝胶材料虽具生物相容性优势，却难以平衡高含水量与机械强度的矛盾，且在体液环境中易溶胀变形。更关键的是，现有研究多聚焦物理屏障功能，忽视了炎症微环境调控对粘连形成的影响。

华南农业大学的研究团队在《Materials Today Bio》发表的研究中，创新性地采用定向冷冻铸造技术，以FDA批准的聚乙烯醇（PVA）和羧甲基纤维素纳米纤维（CNF）为基质，开发出具有高度取向结构的D-P₁₀C₂水凝胶贴片。该研究通过力学测试、溶胀实验、SAXS结构分析和大鼠腹壁缺损模型等系列实验，证实该材料具有各向异性力学性能（平行方向拉伸应力0.91 MPa）、超低溶胀率（5.9%）和长期稳定性（7天浸泡后应力保留99%）。

关键技术包括：1）定向冷冻铸造构建取向结构；2）数字图像相关（DIC）技术分析裂纹扩展；3）小角X射线散射（SAXS）表征微观结构；4）SD大鼠腹壁缺损模型评估抗粘连效果；5）免疫组化检测IL-1β/TNF-α等炎症因子。

3.1 水凝胶贴片的制备与机械性能
通过控制PVA分子量（130 kDa）和CNF添加比例（2 wt%），D-P₁₀C₂展现出显著各向异性，平行方向拉伸应力较随机结构提高305%，杨氏模量（102 kPa）与腹壁组织匹配。切口实验显示其具有独特的裂纹钝化能力，切口样品韧性保留率达95%。

3.2 抗溶胀性能
PBS浸泡7天后体积仅膨胀5.9%，归因于霍夫meister效应诱导的PVA链聚集。值得注意的是，溶胀后材料韧性反而提升，100次50%应变循环加载后仍保持50 kPa应力，远超喷嚏时的腹压（20 kPa）。

3.3 生物相容性与细胞粘附
CCK8测试显示0.5-5 mg/mL浓度下L929细胞存活率>95%，溶血率<2%。CNF的负电荷使成纤维细胞粘附面积仅0.44%，显著低于对照组。

3.4 体内抗粘连与炎症调控
大鼠实验中，D-P₁₀C₂组14天粘连评分为0，而PP组达3分。免疫组化显示该材料使CD68⁺巨噬细胞浸润减少67%，IL-1β和TNF-α表达分别降低82%和79%，证实其通过静电作用捕获正电性细胞因子的独特机制。

该研究突破性地将结构设计与功能调控相结合，开发的各向异性水凝胶不仅解决传统材料机械性能与溶胀性的矛盾，更通过炎症微环境调控开辟抗粘连新策略。其完全物理交联体系和FDA批准原料的使用，为临床转化提供安全保障，为张力修复手术提供理想补片候选材料。