多功能自修复半纤维素水凝胶：抗菌伤口敷料与运动响应型可穿戴传感的创新平台

本研究报告了一种基于半纤维素（HC）、聚乙烯醇（PVA）和聚多巴胺修饰氧化锌纳米颗粒（PDA@ZnO NPs）的多功能复合水凝胶（HPP），通过简便的一锅法合成并结合动态交联与绿色冻融工艺。该水凝胶具备优异的力学性能、快速自修复能力、组织粘附性、强大抗菌（对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌抑制率超80%）与抗氧化（DPPH清除率69.94%）活性，体外实验显示良好生物相容性并促进成纤维细胞迁移，同时在可穿戴传感中表现出高应变灵敏度与耐用性，为伤口敷料和柔性生物传感器提供了创新解决方案。

　　

Highlight

材料与试剂

HC提取自实验室制浆废液，具体流程如下：首先通过固液分离收集废液，经5000 rpm离心5分钟去除杂质；随后加入适量乙醇沉淀获得HC（详见图S1）。PVA（1788型）、多巴胺盐酸盐、氧化锌纳米颗粒（ZnO NPs）、硼砂等试剂均购自阿拉丁试剂公司，实验用水为去离子水。

水凝胶的制备与形成机制

HPP复合水凝胶的详细制备流程如Scheme 1A所示：首先通过一锅法将PDA@ZnO NPs引入HC与PVA通过氢键和链缠结形成的物理交联网络；随后加入硼砂形成动态共价键（硼酸酯键）实现化学交联；最后通过环保的冻融循环过程构建PVA结晶域作为第二物理交联网络。该多级交联策略赋予水凝胶三维网络结构，兼具动态可逆性与稳定性。

结论

综上所述，我们通过物理-化学双交联策略成功开发出多功能HC/PVA/PDA@ZnO（HPP）复合水凝胶。该水凝胶具有均匀致密的网络结构和良好的热稳定性。HC与PDA@ZnO NPs的引入使水凝胶具备卓越的力学强度、自修复能力和对多种基底的强粘附性。PDA@ZnO NPs更赋予其显著抗菌活性（对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌抑制率超80%）与抗氧化能力（DPPH自由基清除效率69.94%）。体外实验证实其低细胞毒性、良好血液相容性及促进细胞迁移能力，展现出在伤口敷料领域的巨大应用潜力。此外，水凝胶在柔性可穿戴传感器中也表现出高应变灵敏度与机械耐久性，为新一代智能医疗设备提供了材料基础。