无缝超膨胀水凝胶巩膜扣带，用于视网膜裂孔性脱离的微创治疗

《Colloids and Surfaces B: Biointerfaces》：Sutureless, Ultra-swollen Hydrogel Scleral Buckle for Microinvasive Treatment of Rhegmatogenous Retinal Detachment

【字体：大中小】 时间：2026年08月11日 来源：Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 5.6

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　　•无需缝合的水凝胶巩膜扣带可助力实现微创视网膜修复。•其超强膨胀能力（830%）使其可通过小切口在体内膨胀。•动态交联技术实现了高膨胀率与机械强度之间的最佳平衡。•该水凝胶具备出色的生物相容性，不会引发细胞毒性或炎症反应。引言裂孔性视网膜脱离是一种眼科急症，其特征是神经感觉视网膜

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无需缝合的水凝胶巩膜扣带可助力实现微创视网膜修复。
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其超强膨胀能力（830%）使其可通过小切口在体内膨胀。
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动态交联技术实现了高膨胀率与机械强度之间的最佳平衡。
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该水凝胶具备出色的生物相容性，不会引发细胞毒性或炎症反应。

引言

裂孔性视网膜脱离是一种眼科急症，其特征是神经感觉视网膜与下方的视网膜色素上皮分离。这种分离会中断视网膜细胞的营养和氧气供应，可能导致不可逆的视力丧失[1]。近年来，全球裂孔性视网膜脱离的发病率显著上升，流行病学研究显示其年发病率为每10万人口约12.17例[2]。目前治疗裂孔性视网膜脱离的手术方法主要包括气液视网膜固定术、玻璃体切割术结合巩膜扣带术以及二者联合使用[3]、[4]。其中，巩膜扣带术是治疗裂孔性视网膜脱离的一种常见且必要的眼外手术方法[5]。在该手术中，会在巩膜表面放置硅胶装置形成凹陷，从而通过将脱离的视网膜重新贴合在一起、减轻玻璃体牵拉力并促进视网膜裂孔闭合，来实现视网膜复位。尽管该手术具有临床疗效，但也存在诸多挑战。具体而言，在进行巩膜扣带术时使用缝线容易引发巩膜穿孔和眼内出血等并发症[6]、[7]。此外，用作扣带的硅胶带或硅胶海绵属于外来材料，可能会引发感染、移位或暴露等与植入物相关的并发症[8]、[9]。这些局限性凸显了临床上对一种新型生物相容性巩膜扣带材料的迫切需求，这类材料既能为视网膜复位提供足够的机械支撑，又能简化植入流程，避免缝线相关并发症。

水凝胶是由通过化学或物理交联形成的三维聚合物网络构成的，作为一种多功能材料，在生物医学领域极具应用潜力。由于其亲水性聚合物链和多孔结构，这类材料能够吸收并保留大量水分，在膨胀平衡状态下其含水量往往可超过重量的90%[10]、[11]、[12]。再加上其可调控的物理化学性质、可调节的机械强度以及优异的生物相容性，这些特性使得水凝胶在药物递送[13]、[14]、[15]、伤口愈合[16]、[17]、[18]、组织再生与组织粘附[19]、[20]、[21]、可穿戴传感器[22]、[23]以及细胞治疗[24]、[25]等领域具有极大的应用价值。在眼科领域，水凝胶已被广泛用于眼部药物递送系统[26]、[27]、[28]，以及干眼症[29]、[30]、角膜炎[31]、青光眼[32]、近视[33]、[34]等各类眼底疾病的诊断与治疗，还可用于局部麻醉[37]。基于这些特性，水凝胶为克服传统巩膜扣带术在处理裂孔性视网膜脱离时的局限性提供了一种有效方案。具体而言，具有可控超强膨胀能力的水凝胶可以以紧凑的微创形式被植入体内，然后在体内膨胀，从而在巩膜表面形成无需缝合且能自我固定的结构，进而避免缝线相关并发症。

然而，要实现这种基于水凝胶的巩膜扣带术仍面临巨大挑战，因为膨胀能力与机械强度之间存在根本性的权衡关系[38]、[39]。那些孔径较大且含有大量亲水成分的水凝胶虽然能够吸收水分并大幅膨胀，从而获得较高的膨胀率[40]、[41]，但由于固体含量降低，其在膨胀过程中的机械稳定性通常会下降，这限制了其承重能力及临床应用价值[42]、[43]。尽管人们已经提出了多种增强策略，包括双网络结构设计[44]、纳米复合材料引入[45]以及可逆动态键合技术[46]，但目前仍未能开发出一种既能具备超高膨胀能力，又具有足够机械强度以满足巩膜扣带术要求的 water凝胶。因此，亟需一种能够解决这一矛盾的新型水凝胶设计。

为应对这一挑战，我们设计了一种能够打破膨胀能力与机械强度之间矛盾的共聚物网络。我们假设，如果在由N-乙烯基吡咯烷酮和甲基丙烯酰氧乙基三甲基铵氯化物构成的亲水网络中加入疏水的甲基丙烯酸甲酯作为增强共聚单体，就可以形成疏水区域，这些疏水区域既可以起到物理交联的作用，又能充当能量耗散点，从而即使在高度水合的状态下也能保持材料的机械完整性。此外，我们还使用了N,N'-双(丙烯酰基)半胱胺作为可降解交联剂，以此确保网络结构均匀，同时避免过高的交联密度，因为过高的交联密度会抑制材料的膨胀能力。基于这一假设，我们通过精确调控单体（NVP、DMC、MMA）与交联剂（BCA）的比例，合成了一种超强膨胀水凝胶（命名为BDNM水凝胶），将其用作无需缝合的微创巩膜扣带材料。物理化学性质分析表明，这种水凝胶的膨胀率可达830%，同时还具备足够的机械强度，能够维持稳定的巩膜凹陷，这证明了引入MMA疏水区域以及通过BCA实现交联确实成功解决了上述矛盾。细胞实验也证实了该水凝胶具有良好的生物相容性。综合来看，这些特性使得该水凝胶非常适合用于微创、无需缝合的方式植入巩膜外间隙。此外，在兔模型中的试验也验证了该水凝胶在治疗裂孔性视网膜脱离方面的有效性，它不仅能够加快治疗效果，还能简化手术流程。用于合成这种水凝胶的原材料易获取且成本较低，最终产品可在室温下真空保存较长时间。这一方案为裂孔性视网膜脱离的治疗提供了一种全新的、微创的、无需缝合的方法，也为该技术的临床应用奠定了重要基础。

章节要点

超强膨胀水凝胶的合成与表征

作为巩膜扣带手术中用于形成凹陷的材料，多功能超强膨胀水凝胶的膨胀率是一个至关重要的指标，我们针对三种不同配方的水凝胶进行了此项指标的测定。这三种水凝胶都是通过亲水性单体与交联单体共同聚合而成的。在MS水凝胶中，甲基丙烯酸丁酯被用作交联剂，而N-乙烯基吡咯烷酮则作为亲水组分；对于BS水凝胶，其亲水组分则是

结论

综上所述，我们开发了一种具有超强膨胀能力和抗压性能的新型合成水凝胶，可用于治疗裂孔性视网膜脱离。通过引入亲水性单体以及动态二硫键交联剂，这款水凝胶被设计成能够在保持良好压缩强度的同时拥有最优的膨胀率。此外，无论是在体外还是体内实验中，这款水凝胶都展现出了出色的生物相容性。在兔模型的分段巩膜扣带手术中应用该水凝胶后

伦理审批

这些动物实验遵循ARRIVE指南，并获得了天津医科大学眼科医院动物伦理政策与福利委员会的批准。在确定动物分组时，采用了计算机生成的随机数进行随机分配。术后功能测试、临床影像学评估以及定量组织学/透射电镜分析均以双盲方式开展，负责评估的研究人员并不知道动物所属分组

作者贡献

J.R.负责水凝胶的合成与表征工作，还进行了动物实验以及水凝胶的生物相容性测试，同时撰写了初稿并绘制了图形摘要。P.W.负责开展动物实验并撰写初稿。R.G.参与了水凝胶的生物相容性测试以及动物实验相关工作。X.C.负责监督研究工作、验证实验结果，并对 manuscript进行了修改。X.S.参与了动物实验以及水凝胶的表征工作。X.F.参与了动物实验。J.W.

利益冲突

作者声明不存在任何可能影响本研究结果的竞争性利益。

数据可用性

本研究中使用和分析的所有数据集，如需均可提供。

CRediT作者贡献说明

刘立峰：软件应用、资源获取、实验研究、数据整理。张杰：研究指导、资源协调、项目管理、实验研究、资金申请。季海清：结果可视化、效果验证、资源提供。朱芳星：软件应用、资源获取、实验研究、正式分析、数据整理。曹轩：结果可视化、软件应用、资源获取、数据整理。吴鹏：资源获取、实验研究、正式分析、数据整理、概念构思。刁佳乐：结果可视化、效果验证、正式分析、数据

利益冲突声明

作者声明不存在任何已知的、可能影响本文研究结果的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

作者衷心感谢以下机构提供的资金支持：天津市重点医学学科建设项目（项目编号：TJYXZDXK-3-004A-2），青岛大学眼科联合攻关项目（项目编号：RZ2500000124），山东省自然科学基金（项目编号：ZR2021MH411），潍坊市科学技术发展计划（项目编号：2021RKX104、2025ZJ1121），山东省自然科学基金（项目编号：2024HWYQ-062、ZR202211300055、ZR2024YQ068），以及国家

引言