双交联蓟属多糖/季铵化壳聚糖自修复水凝胶促进伤口愈合的机制研究与应用

针对传统水凝胶敷料机械性能差、易脱落等问题，中国科学院团队创新性地开发了物理-化学双交联自修复水凝胶HPOCFe。该材料通过季铵化壳聚糖(HACC)接枝邻苯二酚(PCA)增强粘附性，结合氧化蓟属多糖(OCSP)与FeCl3构建动态网络，兼具快速止血、抗菌抗炎、促进胶原沉积和血管新生等特性，动物实验证实其可显著加速全层皮肤缺损修复，为再生医学提供了新型支架材料。

　　

皮肤作为人体最大的器官，其损伤修复一直是生物医学领域的重大挑战。传统水凝胶敷料虽能保持创面湿润环境，却常因机械强度不足、易从伤口脱落等问题影响疗效。更棘手的是，单一化学交联水凝胶动态键重组缓慢，而物理交联网络又难以承受组织应力——这种"鱼与熊掌不可兼得"的困境，严重制约着功能性敷料的开发。

中国科学院团队在《Carbohydrate Polymers》发表的研究中，巧妙运用"双网络协同"策略，将植物多糖的生物学活性与合成材料的可设计性相结合。他们首先对季铵化壳聚糖(HACC)进行邻苯二酚(PCA)接枝改性，赋予材料珍珠蛋白般的强粘附特性；同时提取蓟属多糖(CSP)并氧化处理获得OCSP，通过其醛基与HACC-PCA的氨基发生希夫碱反应构建化学交联网络。更精妙的是，引入Fe³⁺与酚羟基配位形成物理交联点，最终制得具有分级动态结构的HPOCFe水凝胶。

研究采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)验证化学结构，流变学测试表征动态模量，通过穿刺-愈合实验评估自修复性能。体外实验包括抗菌测试(针对E.coli和S.aureus)、细胞迁移实验(NIH3T3细胞)及全血凝固分析，体内采用大鼠全层皮肤缺损模型评估促愈效果，通过H&E染色、Masson染色和CD31免疫组化分析组织再生情况。

【材料表征】红外光谱在1645cm^-1处出现亚胺键特征峰，X射线衍射显示物理交联使结晶度降低至19.8%，扫描电镜观察到HPOCFe具有80-120μm的多孔结构。

【力学性能】双网络使压缩强度达35.7kPa，较单一网络提升2.3倍；自修复效率在2h内达91%，归因于Fe³⁺-酚羟基配位键的快速重组和亚胺键的动态交换。

【生物学性能】对S.aureus和E.coli的抑菌率分别达94.5%和89.3%；凝血实验显示OCSP使凝血时间缩短60%；细胞迁移实验显示24h划痕愈合率达78%。

【动物实验】治疗14天后，HPOCFe组创面收缩率较对照组提高41%，新生上皮厚度达280μm，胶原排列有序，CD31阳性血管密度增加3倍，且炎症因子TNF-α表达显著降低。

该研究突破性地证明：物理-化学双交联产生的协同效应，既能保持共价网络的机械强度，又利用非共价键的快速重组实现自修复功能。HPOCFe水凝胶通过多重机制促进愈合——Fe³⁺介导的止血作用、HACC衍生物的广谱抗菌性、OCSP调节的炎症微环境以及三维支架引导的细胞定向迁移，为慢性伤口、烧伤等难愈性创面治疗提供了创新解决方案。这种将植物多糖资源高值化利用的策略，也为生物医用材料的开发开辟了新思路。