《Journal of Pharmaceutical Innovation》：Evaluation of Dual Effect of Sodium Borohydride (NaBH4) as a Reducing and Crosslinking Agent for Development of Novel Silver Nanoparticles (AgNPs) Loaded Chitosan-Poly (Vinyl Alcohol) (CS-PVA) Hydrogels for Wound Healing Activity
编辑推荐：
本研究针对传统银纳米颗粒（AgNPs）负载伤口敷料需额外化学交联剂、制备步骤繁琐的问题，开发了一种新颖、简单且成本效益高的策略。研究人员利用硼氢化钠（NaBH4）同时作为AgNPs的还原剂和水凝胶的物理交联剂，一步法制备了银纳米颗粒负载的壳聚糖-聚乙烯醇（CS-PVA）水凝胶。结果表明，所制备的水凝胶（特别是M30配方）表现出优异的溶胀性能、良好的机械性能、高生物相容性（24和48小时细胞活力>80%）以及显著的体外伤口愈合率。这项研究首次证明了NaBH4在单步法中的双重功能（还原与交联），为无需额外化学交联剂的新一代伤口敷料开发提供了简单且有前景的策略。
在寻求更有效伤口护理方案的道路上，科学家们一直致力于开发新型敷料材料。理想的伤口敷料应能保持创面湿润、吸收渗出液、允许气体交换、提供屏障以防止感染，并促进组织再生。水凝胶，这种具有三维网络结构的高分子材料，因其高亲水性、生物相容性和与软组织相似的机械性能，已成为伤口敷料领域的明星材料。其中，由天然聚合物壳聚糖（Chitosan, CS）和合成聚合物聚乙烯醇（Poly (vinyl alcohol), PVA）复合形成的水凝胶，结合了壳聚糖的止血、抗菌和促进愈合特性，以及PVA的优异力学性能和成膜性，展现出巨大潜力。然而，如何进一步提升其抗菌和促愈合能力，同时简化制备工艺，是当前研究面临的挑战。
银纳米颗粒（Silver Nanoparticles, AgNPs）以其广谱、强效的抗菌活性闻名，将其引入水凝胶体系是增强敷料功能的常见策略。但传统的制备方法通常面临两个问题：一是AgNPs的合成与负载往往是分步进行的，需要预先合成纳米颗粒再掺入水凝胶基质，步骤繁琐；二是水凝胶网络的交联常常需要借助戊二醛、硼砂等化学交联剂，这些物质可能残留并对细胞产生毒性。那么，是否存在一种更优雅、更“绿色”的方案，能够在一个简单的步骤中，同时实现AgNPs的合成和水凝胶的交联，从而规避上述问题呢？
发表在《Journal of Pharmaceutical Innovation》上的一项研究，给出了一个创新性的答案。研究人员巧妙利用了一种常见的化学试剂——硼氢化钠（Sodium Borohydride, NaBH4），让其扮演“双重角色”。在该研究中，NaBH4一方面作为强还原剂，将银离子（Ag+）还原为零价银，从而原位生成AgNPs；另一方面，其反应后产生的硼酸根物种，能够与PVA链上的羟基形成可逆的“二醇-硼酸酯”复合物，从而作为物理交联剂，诱导CS-PVA水凝胶网络的形成。这种“一石二鸟”的策略，在一个步骤中同步完成了纳米颗粒合成和水凝胶构建，无需引入额外的化学交联剂，为开发下一代伤口敷料提供了一种简单、经济且前景广阔的新方法。
为了验证这一策略的可行性并优化材料性能，研究人员开展了一系列系统的研究工作。他们首先通过动态光散射（DLS）和紫外-可见光谱（UV-Vis）验证了AgNPs的成功合成与表征。随后，制备了四种不同的水凝胶配方，变量包括壳聚糖的分子量（低分子量LMW和中等分子量MMW）以及AgNPs悬浮液的体积（30 mL和60 mL），分别命名为L30、L60、M30和M60。对这些水凝胶进行了全面的表征，包括傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析化学结构、X射线衍射（XRD）分析结晶性、扫描电子显微镜（SEM）观察形貌、能量色散X射线光谱（EDS）分析元素分布，并测试了其溶胀度、孔隙率和机械性能。最关键的是，研究通过细胞活力实验（MTT法）和体外划痕伤口愈合实验，评估了水凝胶提取物的生物相容性和促愈合潜力。所有细胞实验均使用小鼠成纤维细胞L929细胞系进行。
表征结果证实了“一步法”策略的成功
- •
AgNPs的成功合成与表征：UV-Vis光谱在420 nm处出现特征表面等离子共振吸收峰，DLS显示合成的AgNPs粒径在纳米范围，且增加NaBH4用量可减小粒径，这些结果证实了NaBH4有效还原了Ag+，形成了AgNPs。
- •
水凝胶的化学结构与形成机制：FTIR光谱分析为NaBH4的双重功能提供了关键证据。光谱中出现了归属于B-O伸缩和O-B-O弯曲振动的特征峰，表明NaBH4还原反应后产生的硼酸根物种存在于水凝胶中，并与PVA发生了相互作用。同时，壳聚糖的-NH2特征峰减弱，而酰胺键特征峰出现，表明CS与PVA之间通过氢键和静电相互作用形成了交联网络。这证实了NaBH4衍生物参与物理交联，以及聚合物间形成了稳定的网络。
- •
水凝胶的形貌与基本性能：SEM图像显示所有水凝胶冻干后均呈现高度多孔的结构，孔隙率测试表明交联剂（NaBH4衍生硼酸根）用量增加会提高孔隙率。溶胀实验表明，采用中等分子量壳聚糖制备的水凝胶（M30, M60）溶胀度显著高于低分子量组，显示出更优的吸液能力。机械性能测试显示，M30配方具有最高的压缩模量，表现出良好的机械强度。
- •
AgNPs的成功负载：XRD谱图中未出现明显的AgNPs晶型衍射峰，这可能是因为纳米颗粒含量低且均匀分散在无定形聚合物网络中，其信号被掩盖。EDS能谱及元素面分布图在部分配方中检测到了微弱的银信号，证实了AgNPs被成功负载并分散于水凝胶基质中。
生物评价突显了低剂量AgNPs负载水凝胶的优异性能
研究的另一大亮点在于，即使在很低的AgNPs负载量下，制备的水凝胶也表现出了优异的生物性能，这有助于降低潜在的细胞毒性风险。
- •
优异的生物相容性：细胞毒性实验（MTT法）显示，所有水凝胶配方在24和48小时后，对L929成纤维细胞的存活率均保持在80%以上，表明材料具有良好的生物相容性，符合医用材料的安全要求。
- •
显著的促伤口愈合效果：体外划痕实验是评估材料促愈合能力的经典模型。结果表明，用M30水凝胶提取物处理的细胞，伤口闭合率最高。这意味着即使AgNPs负载量很低，该水凝胶也能有效促进成纤维细胞的迁移，从而加速模拟伤口的闭合过程。
结论与意义
本研究成功开发并系统评估了一种基于NaBH4双重功能（还原与交联）的、一步法制备AgNPs负载CS-PVA水凝胶的新策略。在所有配方中，采用中等分子量壳聚糖和30 mL AgNPs悬浮液制备的M30水凝胶综合性能最佳，具备高溶胀度、良好的机械性能、优异的生物相容性以及高效的体外伤口愈合促进能力。
这项研究的重要意义在于：1. 方法学创新：首次明确演示了NaBH4在单一水凝胶体系中作为还原剂和物理交联剂的双重功能，提供了一种前所未有的、简单高效的一步法合成策略。2. 工艺简化与绿色性：该方法避免了使用额外的化学交联剂（如戊二醛），简化了制备流程，降低了潜在毒性风险，更具“绿色”化学特征。3. 高效低毒：研究证明了即使使用低剂量的AgNPs，所制备的水凝胶也能表现出显著的伤口愈合潜力，这为在保证疗效的同时最大限度减少纳米材料可能带来的生物安全性顾虑提供了新思路。4. 应用前景广阔：这种新型AgNPs负载CS-PVA水凝胶展现出作为下一代伤口敷料材料的巨大潜力，其简单的制备工艺和优异的性能为其未来的临床转化和商业化应用奠定了坚实的基础。
