综述：一种用于糖尿病伤口愈合的智能且高孔隙率的水凝胶

《Advanced Materials Interfaces》：A Smart and Highly Porous Hydrogel for Diabetic Wound Healing

糖尿病溃疡愈合的水凝胶材料研究：摘要 该研究开发了一种新型PNIPAM-Gum Arabic双交联水凝胶，通过氢键和疏水相互作用增强机械强度与生物相容性，实现37℃体温触发下Gum Arabic的控释。实验证明，该水凝胶能显著降低炎症因子IL-1β水平，抑制细菌生长，促进胶原沉积，在动物模型中较传统敷料缩短40%愈合时间，为糖尿病创面治疗提供新型解决方案。

　　近年来，慢性伤口尤其是糖尿病患者的伤口成为医学研究中的重要课题。传统敷料虽然在一定程度上可以用于伤口处理，但往往存在机械强度不足、生物活性有限以及药物释放控制不佳等问题，这使得其在实际应用中受到一定限制。因此，科学家们不断探索新型材料，以期在伤口愈合过程中提供更有效的支持。其中，一种基于双交联网络结构的新型水凝胶，结合了聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）和阿拉伯胶（GA）的特性，展现出巨大的潜力。

PNIPAM是一种具有温敏特性的聚合物，其在接近体温时会发生从亲水到疏水的相变。这一特性使得PNIPAM水凝胶能够根据外部环境的变化，调节其吸水性和药物释放速率。然而，单独使用PNIPAM水凝胶时，其机械强度和抗菌性能并不理想，限制了其在实际伤口护理中的应用。为了克服这一局限，研究人员引入了GA，这是一种天然的生物大分子，主要由糖蛋白和多糖组成，具有良好的水溶性、优异的生物相容性以及内在的抗菌和抗炎特性。通过将PNIPAM与GA结合，构建出一种双交联水凝胶系统，不仅增强了材料的机械性能，还赋予其额外的生物活性。

这种水凝胶的设计充分利用了非共价相互作用，如氢键和疏水作用，以形成稳定的双网络结构。其中，PNIPAM的疏水性与GA的疏水区域相互作用，而GA中的羟基和羧基则与PNIPAM形成氢键。这种结构的增强，使水凝胶在机械性能方面表现出显著的提升。实验数据显示，随着GA含量的增加，水凝胶的机械强度、弹性以及负载能力也相应提高。例如，当GA含量为200 mg时，水凝胶可以承受较大的拉伸力，甚至可以承重并保持结构稳定，这种特性对于需要长时间支撑的伤口愈合过程尤为重要。

在热响应性方面，PNIPAM-GA水凝胶展现出独特的温控释放机制。当水凝胶处于24°C（室温）时，其处于膨胀状态，表面具有良好的亲水性，有利于细胞迁移和营养物质的吸收。然而，当温度升至37°C（体温）时，PNIPAM发生相变，其结构收缩，同时与GA之间的氢键被破坏，导致GA的释放速度加快。这种温度响应性不仅有助于伤口环境的动态调节，还能够根据伤口的具体情况实现药物的适时释放，从而减少不必要的药物浪费，同时降低感染风险。

在生物相容性方面，研究人员通过细胞实验评估了水凝胶对皮肤细胞的影响。使用HDFn细胞进行实验，结果显示PNIPAM-GA水凝胶在不同浓度下均表现出良好的细胞活力，尤其在含有200 mg GA的水凝胶中，细胞存活率高达98–99%。相比之下，纯PNIPAM水凝胶在14天后细胞活力显著下降，表明其生物相容性较差。这一发现进一步证明了GA在提升水凝胶生物相容性方面的重要作用，为长期使用提供了理论依据。

在实际的伤口愈合实验中，研究人员通过体外和体内实验验证了PNIPAM-GA水凝胶的疗效。体外实验中，采用划痕实验评估了水凝胶对细胞迁移和伤口闭合的影响，结果显示，PNIPAM-GA-200水凝胶在促进细胞迁移和伤口闭合方面表现出最佳效果。体内实验则通过建立糖尿病大鼠模型，评估了不同治疗组的愈合情况。结果表明，与传统敷料（如纱布、水凝胶敷料和壳聚糖水凝胶）相比，PNIPAM-GA水凝胶能够显著加速伤口愈合，尤其是在第11天和第16天时，其闭合率明显高于其他组。这一现象归因于水凝胶的多功能特性，包括其机械强度、热响应性以及内在的抗炎和抗菌能力。

此外，研究人员还通过组织学分析和免疫荧光染色等方法，进一步探讨了水凝胶对伤口微环境的影响。结果显示，PNIPAM-GA-200水凝胶能够有效减少炎症细胞的浸润，并促进胶原蛋白的沉积和组织修复。与对照组相比，该水凝胶处理的伤口在组织学分析中表现出更少的炎症反应和更好的组织结构恢复。这些结果表明，水凝胶不仅能够提供物理支持，还能够通过其内在的生物活性，促进更有效的伤口愈合。

在抗菌性能方面，PNIPAM-GA水凝胶展现出显著的抗菌能力。通过琼脂扩散法测试了其对多种细菌（如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、粪肠球菌和嗜麦芽窄食单胞菌）的抑制效果。结果显示，PNIPAM-GA-200水凝胶的抑菌圈直径与抗生素阿莫西林相当，表明其具有与传统药物相似的抗菌效果。这种能力对于预防伤口感染、促进愈合至关重要，特别是在糖尿病患者中，由于血液循环较差，伤口更容易受到细菌侵袭。

在实际应用中，这种水凝胶的优势不仅体现在其材料特性上，还在于其可逆的生物相容性和可控的药物释放机制。它能够在保持伤口湿润的同时，避免过度潮湿导致的感染风险，同时在适当的时间释放抗菌和抗炎成分，以维持伤口的健康环境。此外，水凝胶的强粘附性能确保了其在伤口表面的稳定性，减少在更换过程中对伤口的二次损伤，从而提升治疗的舒适度和安全性。

综上所述，PNIPAM-GA水凝胶是一种具有多重功能的新型材料，其设计巧妙地结合了PNIPAM的温敏特性与GA的生物活性，实现了对慢性伤口，特别是糖尿病伤口的高效治疗。该水凝胶不仅具有良好的机械性能和组织粘附能力，还能够根据温度变化实现药物的可控释放，从而提升伤口愈合效率并降低感染风险。这种材料在未来的伤口护理领域具有广阔的应用前景，为开发新一代智能水凝胶敷料提供了重要的理论基础和实践指导。