具有双重pH/温度响应的超拉伸韧性物理交联水凝胶在金黄色葡萄球菌感染创面治疗中的应用研究

为解决感染性创面愈合中多功能水凝胶材料缺乏的难题，研究人员开发了基于海藻酸钠(SA)/聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)的复合水凝胶。该材料通过Ca2+交联和ZIF-8/Ag纳米颗粒赋予其3100%断裂伸长率、0.5 MJ/m3韧性及pH/温度双重响应特性，动物实验证实其能显著促进金黄色葡萄球菌(S. aureus)感染创面的血管化和胶原沉积。这项发表于《Biomacromolecules》的研究为智能伤口敷料开发提供了新思路。

　　

在慢性创面治疗领域，金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)感染导致的伤口迁延不愈仍是临床重大挑战。传统敷料往往难以同时满足机械保护、抗菌消炎和组织再生等多重需求，特别是对于需要动态适应伤口微环境变化的复杂情况。现有研究虽开发出各类功能化水凝胶，但普遍存在机械强度不足、响应模式单一等问题。当伤口处于不同愈合阶段时，其pH值会从炎症期的酸性逐渐转变为修复期的弱碱性，同时局部温度也会随炎症程度波动，这些特征为开发智能响应材料提供了重要切入点。

针对这一科学难题，来自暨南大学食品科学与工程系的Yi-Qi Liu团队创新性地构建了具有双重环境响应特性的复合水凝胶系统。研究以海藻酸钠(SA)为连续相，通过Ca²⁺物理交联形成三维网络；分散相则整合了温度敏感的聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)、锂皂石、卵磷脂、明胶，以及由单宁酸诱导的银纳米颗粒修饰的抗菌沸石咪唑酯骨架材料(ZIF-8)。这种精巧的设计使材料在37°C时能自发收缩贴合创面，同时在pH 5.0-7.4范围内呈现差异化的药物释放行为。

关键技术方法包括：1) 采用原位沉淀法构建ZIF-8/Ag纳米抗菌体系；2) 通过自由基聚合制备PNIPAM温敏组分；3) 大鼠全层皮肤缺损模型评估体内疗效；4) 采用万能试验机测试材料在3100%应变下仍保持0.5 MJ/m³的韧性；5) 通过组织学分析胶原沉积和CD31免疫组化评价血管新生。

机械性能与结构特征

材料展现出超常的力学性能，最大承载达自身重量56倍，拉伸过程中能量耗散效率达90%以上。扫描电镜显示其具有分级多孔结构，孔径分布在10-200μm范围，这种结构有利于营养物质交换和细胞迁移。

环境响应行为

在25-37°C温域内表现出可逆的体积相变，温度敏感性主要源于PNIPAM的LCST(最低临界溶解温度)效应。pH响应实验显示，在模拟伤口酸性环境(pH 5.0)下，48小时内银离子释放量达到碱性条件(pH 7.4)的2.3倍。

体内外抗菌效果

对S. aureus的抑菌圈直径达12.5±1.2 mm，透射电镜证实纳米银能破坏细菌膜结构。感染创面模型显示，治疗组7天内细菌载量降低2个数量级，显著优于商业敷料对照组。

促进组织再生机制

通过上调VEGF(血管内皮生长因子)表达促进血管新生，伤口部位CD31⁺微血管密度较对照组增加178%。Masson染色显示胶原排列更有序，III型胶原与I型胶原比值接近正常皮肤水平。

这项研究成功开发出兼具机械鲁棒性和生物活性的智能水凝胶系统，其突破性体现在三个方面：首先，通过物理交联策略避免了传统化学交联剂的细胞毒性；其次，双重响应特性实现了按需释药，在炎症期释放更多银离子，修复期则侧重提供组织再生支持；最后，超常的拉伸性能使其能适应关节等活动部位的使用需求。这些发现为开发下一代智能伤口管理系统提供了重要理论依据和技术储备，特别适用于糖尿病足、烧伤等难愈性创面的临床治疗。未来研究可进一步探索材料在多重耐药菌感染创面中的应用潜力。