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  糖尿病潰瘍的傷口微環境中血糖水平較高且存在壞死組織碎片，因此易受到細菌侵襲。如果局部細菌過多，超過宿主免疫反應的清除能力，就會發生感染，隨著細菌附著、繁殖、生物膜形成和活組織的破壞，感染會逐步惡化。因此，防止初始細菌污染，抑制后續菌膜形成，可有效控制感染。

  近期，四川大學王云兵教授/張婕妤副研究員設計了一種基于瓊脂糖和殼聚糖的水凝膠用于促進糖尿病潰瘍愈合。磺酸型兩性離子通過異氰酸酯基與氨基的反應接枝到殼聚糖的氨基位點，隨后將導電組分聚吡咯以共價接枝的方式引入到水凝膠網絡中，得到的水凝膠具有穩定的仿生電導率。瓊脂糖和兩性離子因為強大的水合作用，可以防止蛋白質吸附和細菌粘附。為了進一步提高水凝膠的抗菌性，還將稀土金屬鋱離引入到水凝膠網絡中。抗污成分和殺菌鋱離子的結合表現出了突出的抗菌效果，完全抑制了金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的生物膜形成。該工作以“Conductive hydrogels with hierarchical biofilm inhibition capability accelerate diabetic ulcer healing”為題發表在Chemical Engineering Journal上。文章第一作者為四川大學生物醫學工程學院博士張語馨，該研究得到國家自然科學基金（No. 52273138和No. 51903176），四川省重大科技專項（2022ZDZX0032-LH），中國博士后科學基金（No. 2018M640919）和四川大學華西護理學科發展專項資金項目（No. HXHL19003）的支持。

圖 1.（A）聚吡咯接枝兩性離子殼聚糖的合成和（B）導電抗菌水凝膠的制備示意圖。

圖2.（A）金黃色葡萄球菌和（B）大腸桿菌在不同水凝膠上的生物膜形成。（C）金黃色葡萄球菌和（D）大腸桿菌在水凝膠表面定植的照片和定量統計。

  這種水凝膠網絡可以通過多種相互作用方式，如氫鍵、靜電相互作用和配位相互作用，在應力下釋放和分散能量。它由瓊脂糖和殼聚糖組成，可以在一定程度上保持穩定性和柔韌性。因此，它可以很好地為創面提供物理屏障和力學緩沖。當兩性離子和聚吡咯同時接枝到殼聚糖上時，顯著提高了聚吡咯的親水性，使其均勻地分布在水凝膠中。這解決了常見的疏水導電組分自聚集和分散不均勻的問題。復合水凝膠中的鋱離子可以通過與聚吡咯的電子結構相互作用來實現仿生導電，使其在生物應用中表現出良好的導電性。

圖3. 不同組分水凝膠的（A）應力應變曲線和（B）照片。（C）聚吡咯、聚吡咯接枝殼聚糖、聚吡咯接枝兩性離子殼聚糖，在去離子水中的分散性。（D）鋱離子在PBS和DMEM中的體外釋放曲線以及（E）一階模型下的釋放速率常數。（F）導電率測試（G）電化學阻抗譜測試和（H）循環伏安法測試表征不同水凝膠的導電性。

  在大鼠糖尿病潰瘍感染模型中，對照組和電刺激組的傷口在第三天出現明顯的漿液性滲出物感染跡象，抗菌水凝膠組的傷口則相對清潔干燥。水凝膠的高抗菌活性，有助于糖尿病潰瘍加速通過炎癥階段，電刺激引導并觸發傷口愈合相關細胞的遷移，進而促進傷口的閉合，因此電刺激與導電抗菌水凝膠在促進傷口愈合方面具有協同作用。

圖4. （A）體內傷口愈合評估示意圖。（B）14天內不同組傷口的圖像。（C）14天內不同組的傷口輪廓變化。（D）傷口面積和（E）傷口愈合率的定量。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.142457

作者簡介

  王云兵教授，國家生物醫學材料工程技術研究中心主任、四川大學生物醫學工程學院院長，國家有突出貢獻中青年專家，國務院特殊津貼專家、國際生物材料科學與工程學會聯合會Fellow，中國生物材料學會副理事長、科技部生物材料國際交流合作基地主任、教育部組織再生性生物材料科學與工程創新引智基地主任。主要從事心腦血管疾病等治療的新型生物醫用材料和微創介入醫療器械的基礎研究與產品應用開發。主持開發了一系列國內、國際首創的心血管醫療器械產品并實現大規模臨床應用。在此基礎上，已申報國內、國際專利500多項，并在Advanced Materials、Science和Nature子刊等國際知名期刊發表論文200多篇。獲教育部技術發明一等獎（2020）、 四川省科技進步一等獎（2022）和中國僑界貢獻一等獎（2020）等獎項，研究成果被 Nature、麻省理工科技評論、英國經濟學人等專題報道。

  張婕妤副研究員，四川省海外高層次留學人才，博士畢業于新加坡國立大學，2017年加入四川大學國家生物醫學材料工程技術研究中心，專注于導電水凝膠的設計及其在生物醫藥領域的應用。