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東華大學朱美芳/侯愷 Biomaterials:可調節水蒸發焓的持續多孔水凝膠非織造布用于高滲液傷口的全階段愈合
2024-12-25  來源:高分子科技

  有效的滲液管理對促進傷口愈合至關重要。醫用敷料因其廣泛的吸收性、透氣性及實用性等在傷口愈合治療過程中展現巨大潛力。目前,現有敷料在全階段維持穩定濕潤微環境促進傷口愈合方面仍面臨挑戰,特別是高滲液傷口濕潤環境的維持顯得不足。因此,探索如何利用敷料有效管理滲液并精準調控傷口分階濕潤環境是目前材料與醫學領域共同研究的熱點。


  近期,東華大學朱美芳/侯愷研究團隊構建了一種新型的水凝膠非織造布(Gel-Fabric)作為敷料的吸收層(圖1)。它具有不對稱的兩親性表面和持久的微觀多孔結構,可有效地動態調節傷口表面的水分,同時具有優異的吸濕、滲透和保濕性能。水凝膠非織造布可以在愈合前期吸收多余的滲出物并促進蒸發,然后在愈合后期保持傷口的水分環境。這是一種無需更換敷料,全程一步治療高滲液傷口的新方法,具有重要的臨床意義。


圖1 新型水凝膠非織造布的設計原理圖


  在這項研究工作中,首先通過動態原位聚合紡絲法連續化制備具有可調水態的非織造用吸水纖維(P15/Cx纖維)。以聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)為交聯網絡骨干,同時將NaPAA-g-CMC聚合物鏈穿插到交聯網絡中形成半互穿三維網絡結構。與傳統的親水纖維不同,本征吸水纖維可以利用聚合物網絡結構促進中間水的形成,有效捕獲結合水,能夠實現大量水分儲存,并在改變水的狀態方面表現出卓越的性能。


  本研究通過整合親水性本征吸水纖維和疏水性超細PET纖維,構建了具有非對稱兩親性表面和持久微觀多孔結構的水凝膠非織造布(圖 2)。本征吸水纖維的強親水性削弱了孔間毛細力,從而降低了自由水的垂直泵送能力,導致液滴積聚。因此,我們利用疏水超細PET纖維構建微孔結構,可以產生較強的毛細效應。同時,將PET纖維與吸水纖維混合,使材料的親疏水性協調一致,產生Young-Laplace壓力,促進自由水的顯著滲透和輸運。


圖2 新型水凝膠非織造布的制備示意圖


  為了證明新型水凝膠非織造布出色的液體管理能力和垂直吸收的特性,研究人員對不同結構和組分的材料的浸潤性、反重力吸收和蒸發特性進行測試。結果顯示新型水凝膠非織造布僅在6秒內就完全吸收了液滴,同時保持了其連續輸送液體的能力(圖3)。而且,吸水纖維在吸收液體后會膨脹成凝膠態纖維,形成凝膠堵塞效應,將液體鎖在原位,有效避免傷口周圍皮膚發生浸漬。同時,吸水纖維將部分自由水轉化為中間水,降低水分蒸發所需的能量,促進液體蒸發。這有利于在愈合前期有效引流和去除多余的滲液。愈合后期材料內結合水的存在提高了水的蒸發焓,這可以滿足創面愈合后期滲出物減少時保持創面水分的需要。


圖3 新型水凝膠非織造布的液體管理性能


  新型水凝膠非織造布的化學修飾和物理結構設計對有效管理滲液,維持傷口適宜水分環境起決定性作用。本課題組設計的新型水凝膠非織造布通過其非對稱兩親性多孔結構和吸水纖維調控水態的作用協同管理傷口滲出物,能有效閉合皮膚深層傷口,而且在愈合后期仍能維持適宜濕潤環境,避免疤痕組織的生成。在大鼠背部構建1.5 cm的全層皮膚缺損模型評估中,該水凝膠非織造布展現出良好促肉芽組織生長、膠原蛋白沉積和傷口愈合特性。因此,治療的有效性證明新型水凝膠非織造布維持高滲液傷口細胞增殖和上皮組織再生所需的最佳含水量,是修復高滲液傷口的理想候選材料。


圖4 新型水凝膠非織造布閉合全層皮膚損傷


  以上研究成果以“Hydrogel-Based Nonwoven with Persistent Porosity for whole-stageHypertonic Wound Healing by Regulating of Water Vaporization Enthalpy”為題,發表在《Biomaterials》(10.1016/j.biomaterials.2024.123036) 。該工作得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃項目等支持。


  文章鏈接:https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2024.123036

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(責任編輯:xu)
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