多功能纤维素基水凝胶的优化开发及其在皮肤移植供区创面修复中的交叉应用

针对皮肤移植供区创面存在的疼痛、感染和愈合缓慢等问题，研究人员开发了一种基于甲基丙烯酰化纤维素(MA-MC)和甲基丙烯酰化羧甲基壳聚糖(MA-CMCh)的光交联水凝胶敷料。该材料通过1分钟快速光固化形成互穿聚合物网络，具有优异的力学性能（拉伸强度34.8 kPa）、水分调控能力（溶胀比1800%）和抗菌特性（对E. coli抑菌率显著优于商业敷料Jelonet），同时展现出良好的血液相容性和细胞相容性，为供区创面管理提供了创新解决方案。

　　

皮肤移植是治疗严重烧伤和创伤的常规手段，但供区创面带来的疼痛、感染风险和治疗负担始终是临床难题。传统敷料如Xeroform纱布在湿度控制和疼痛管理方面表现欠佳，而现有水凝胶又普遍面临机械性能不足、固化时间长等问题。针对这些挑战，加拿大卡尔加里大学的研究团队在《Biomaterials and Biosystems》发表创新成果，通过分子设计和材料优化，开发出具有快速光固化特性的多功能水凝胶敷料。

研究采用甲基丙烯酸酐(MA)对甲基纤维素(MC)和羧甲基壳聚糖(CMCh)进行化学修饰，分别获得甲基丙烯酰化程度达30%的MA-MC和28%的MA-CMCh。通过流变测试、力学分析、抗菌实验和细胞毒性评估等系统研究，发现当MA-MC浓度为3.75 wt%、MA-CMCh为2.5 wt%时（样品S3），水凝胶展现最优综合性能：仅需1分钟蓝光照射即可固化，形成孔径90-140 μm的三维网络结构；拉伸强度达34.8 kPa，弹性模量59.5 kPa；对E. coli表现出显著抗菌和抗生物膜形成能力，且不含任何抗菌剂；溶血率仅0.9%，与3T3成纤维细胞共培养5天存活率超过95%。

关键技术包括：1）通过pH调控的酯化反应实现高取代度甲基丙烯酰化；2）采用锂苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰膦酸盐(LAP)作为光引发剂；3）通过流变学时间扫描监测光交联动力学；4）建立改良的ASTM F2255-05标准测试粘附强度；5）使用GFP标记的NIH 3T3细胞评估生物相容性。

【材料改性表征】

核磁共振氢谱(¹H NMR)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)证实成功引入甲基丙烯酰基团。相比文献报道的MA-MC甲基丙烯酰化程度（2.3%），本研究通过持续pH调控将取代度提升13倍，关键创新在于反应过程中维持pH 7.5-8.5以中和副产物甲基丙烯酸。

【理化性能分析】

扫描电镜显示所有样品具有均匀多孔结构。S3溶胀比为1800%，24小时水保留率最优，6周降解率38.3%，显著低于纯MA-CMCh水凝胶（60%）。流变测试揭示S3在固化后储能模量(G')最高（7288.2 Pa），且具有明显的剪切稀化行为，适合注射应用。

【机械性能】

双峰理论指导下的分子设计使S3实现强度与延展性的平衡：拉伸强度34.8±2.5 kPa，断裂伸长率52.3%，粘附强度达12 kPa（是纤维蛋白胶的4倍）。压缩测试显示体积模量39.3 kPa，与人体皮肤力学性能匹配。

【抗菌与抗污性能】

尽管zeta电位显示MA-CMCh仅带微弱正电荷（+0.33 mV），S3仍展现出显著抗菌效果——与商业敷料Jelonet相比，对E. coli的抑制效果提高3倍。抗生物膜实验证实细菌粘附量降低85%，这归因于材料固有的亲水性和壳聚糖衍生物的阳离子特性。

【生物相容性】

溶血实验证实血液相容性优异（0.9%），凝血时间9分钟。Transwell共培养和直接接种实验显示，3T3细胞在S3存在下增殖正常，5天存活率>95%。原位光聚合实验进一步证实，固化过程对封装细胞无毒性。

该研究通过精准的分子设计和材料复合，突破了传统水凝胶在固化速度、机械强度和生物活性难以兼顾的瓶颈。特别值得注意的是，材料在不添加任何抗菌剂的情况下实现显著抗菌效果，这为规避抗生素耐药性提供了新思路。临床转化方面，快速光固化特性使其特别适合术中即时应用，而优化的降解速率（6周失重38%）与供区创面2周的愈合周期良好匹配。

未来研究可重点关注三个方向：一是拓展抗菌谱评估，纳入金黄色葡萄球菌(S. aureus)等临床常见病原体；二是通过载药研究增强镇痛功能；三是开展大型动物实验验证临床适用性。这项技术不仅适用于皮肤移植领域，其模块化设计思路也为开发其他专科医用敷料提供了重要参考。