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光交联协同亲-疏水平衡策略构建快速体温相变、强湿界面黏附、便携急救止血的仿生多功能止血水凝胶
高分子水凝胶是一种重要的功能材料，在止血中需求量大、应用广泛。严重创伤后的高死亡率与不受控制的出血有关，近年来，尽管有助于伤口愈合的止血材料的发展迅速，但是包括转移障碍在内的许多挑战仍需要解决。具体来说，在紧急情况下(如战争、自然灾害、交通事故)，不受控制的出血对生命都是巨大的威胁。一种理想的有效用于院前出血控制的止血水凝胶应具有以下特点：(i)原位凝胶快速、湿黏附力强、机械强度优异，具有合适的肿胀特性，能够快速止血且承受生物压力(如血压和组织压迫)；(ii)有效抗菌和伤口愈合能力，抑制伤口感染，促进组织再生；(iii)良好的生物相容性和可生物降解性，无炎症或毒副作用；(iv)可注射、可灵活填充形状不规则的伤口，随时便携使用(例如，预先封装在注射器中，不需要混合或进一步配制)，便于受伤士兵和未经训练的平民使用。截止目前，超润湿、仿生、双网络、化学交联、光交联、氧化交联和温度响应设计等策略已被提出用于构建止血凝胶，并在急救止血方面有很好的应用前景，但凝胶时间短与粘接性强的内在矛盾、止血成分功能不足、原位固化操作复杂等问题的同步解决仍具有挑战性。
近期，齐鲁工业大学化学与化工学院许静教授团队联合四川大学皮革化学与工程教育部重点实验室刘文涛副教授团队在快速止血凝胶研制方面取得新进展，设计制备了一种基于细胞外基质生物大分子(明胶、透明质酸)的多功能、高性能止血水凝胶材料，该水凝胶几乎具有用于紧急止血的理想水凝胶应有的性质特点。相关成果发表于国际权威期刊Biomacromolecules，该工作得到了国家自然科学基金等资助支持。
研究团队利用细胞外基质（ECM）衍生的明胶和透明质酸为骨架材料，合成了聚异丙基丙烯酰胺接枝明胶、季铵改性明胶、聚异丙基丙烯酰胺接枝透明质酸以及邻硝基苯改性透明质酸等4种功能化组分，合理构建了一种适用于紧急止血的多功能仿生止血水凝胶。制备的水凝胶能够通过简单的注射方便地使用，并在体温下实现即时溶胶-凝胶相变。该生物大分子基水凝胶的综合性能可以通过改变组分的比例进行调节，通过利用光交联预处理的协同增强和水凝胶体系中各种相互作用之间的亲疏水平衡，调控实现了优异的综合止血性能(凝胶时间6 ~ 8 s，粘附强度125 ± 3.6 kPa，爆破压力282 ± 4.1 mmHg)。
本研究基于生物聚合物的多功能设计和化学修饰，为水凝胶基材料的生物医学应用提供了一个有前景的平台：1)选择细胞外基质衍生组分为原料，并对其进行功能化，使其具有温度响应性、光交联活性和抗菌性能；2)将水凝胶前驱体溶液进行光交联处理，然后进行简单注射，使其在体温下原位固化；3)水凝胶的最佳性能可通过协同增强光交联预处理和水凝胶体系中各种相互作用之间的亲疏水平衡来实现。本研究所提出的合成制备策略，必将丰富和促进生物聚合物基水凝胶材料的研究和应用。
图1. 紧急止血用多功能仿生黏附水凝胶的设计策略示意图
来源：高分子科学前沿
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