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怎么用水凝胶伤口敷料IF:17.1《NSR》西交大郭保林、赵鑫:按需热收缩、超声压电效应、程序性抗菌水凝胶促进感染性运动创面愈合

(2)UNMX水凝胶的流变性能、拉伸强度和粘合强度

实验发现,GMA含量提升使UNMx水凝胶敷料储能模量和力学强度增加。角频率10rad/s时,UNM0储能模量约983Pa,GMA含量增至5mg/mL、10mg/mL、20mg/mL时,UNM5、UNM10、UNM20储能模量分别增至1354Pa、2124Pa、4179Pa(图2A)。拉伸测试显示,GMA含量增加使UNMx水凝胶敷料韧性提高,UNM0、UNM5、UNM10、UNM20韧性值分别为2.33kJ/M³、2.85kJ/M³、4.16kJ/M³、3.51kJ/M³,UNM10韧性最高(图2B)。猪皮搭接剪切测试中,UNM10/BA1组织粘附强度达9.59kPa,高于UNM10的8.22kPa(图2C),GMA含量从0增至5mg/mL、10mg/mL、20mg/mL时,UNM0、UNM5、UNM10、UNM20组织粘附强度从3.39kPa增至6.06kPa、8.22kPa、10.27kPa。为优化水凝胶敷料主动热响应收缩性能,设计利用GU中氢键在加热时提高收缩效率、冷却时固定收缩的机制,变温流变学测试验证(图2D)。室温下,水凝胶敷料储能模量随GMA含量增加而增加,含GMA的UNM5、UNM10、UNM20储能模量随温度升高降低,因GU中氢键断裂提高收缩效率;温度回到小鼠皮肤温度时,PNIPAM分子链保持塌陷状态,GU中氢键重新形成增加储能模量,固定收缩状态,提高热响应收缩效率;不含GMA的UNM0在32℃时储能模量急剧增加,40℃后缓慢降低,含GMA的UNM5、UNM10、UNM20因GMA交联影响收缩受限,对储能模量影响不大,高于40℃时,GU中氢键断裂成影响储能模量主要因素,储能模量随温度升高缓慢降低。综合考虑流变学性能、拉伸强度和组织粘附强度,选择UNM10进行后续研究。

(3) UNMX/BAy水凝胶的机械、导电和生物相容性

添加BTO@Au形成UNMX/BAy水凝胶敷料,显著影响其机械性能(图2E)。BTO@Au含量从0 mg/mL增至0.5 mg/mL、1 mg/mL、2 mg/mL时,UNM10、UNM10/BA0.5、UNM10/BA1、UNM10/BA2在60%应变下单轴压缩应力分别增至0.014 MPa、0.027 MPa、0.043 MPa、0.116 MPa,压缩断裂应变从95%降至82%、75%、67%,因BTO@Au限制聚合物链运动,增强强度并增脆性。拉伸试验中,BTO@Au含量增加时,UNM10、UNM10/BA0.5、UNM10/BA1、UNM10/BA2在50%应变下拉伸强度分别从4.24 kPa增至7.63 kPa、10.95 kPa、16.27 kPa(图2F)。电导率测试显示,BTO@Au含量对电导率影响显著(图2G)。不含BTO@Au的UNM10电导率为9.35×10⁻² S/m,BTO@Au浓度从0.5 mg/mL增至1 mg/mL、2 mg/mL时,电导率分别增至1.09×10⁻² S/m、1.27×10⁻² S/m、1.53×10⁻² S/m,表明可通过调整BTO@Au含量制备电导率可调的水凝胶。

(4) UNMX/BAY水凝胶的光热温敏性能

BTO@Au的掺入使UNMX/BAy水凝胶敷料具有优异的近红外(NIR)光热特性。图2H显示,在1.4 W/cm²的固定功率密度下,NIR照射600秒后,随BTO@Au含量增加,UNM10/BA0.5、UNM10/BA1、UNM10/BA2的温度增加值从2.8℃增至8.3℃、11.6℃,不含BTO@Au的UNM10温度变化不显著,表明光热性质源于BTO@Au。光热曲线在260-300秒间存在拐点,温度上升速率增加(图2I),归因于水凝胶温敏收缩,增加了单位体积的BTO@Au含量,提高光热转换效率。研究温度响应收缩时,将水凝胶敷料浸入去离子水中并加热。图2J显示,37℃下培育30分钟,随BTO@Au浓度从0增至0.5 mg/mL、1 mg/mL、2 mg/mL,表面收缩应变从67.09%降至62.57%、57.43%、51.67%。图2K显示,37℃下培育3分钟,随BTO@Au浓度增加,表面收缩应变从76.68%降至70.18%、65.21%、61.88%,总体趋势是BTO@Au含量增加,温敏收缩减弱,但所有样品收缩应变均高于仅在37℃下培育的样品。SEM结果表明,复合材料热响应收缩性能优于普通热收缩材料。图2L和M显示,BTO@Au浓度为1 mg/mL时,37℃下培育30分钟后,UNM10/BA1内孔径从室温下的57.0μm降至21.0μm,证实其热响应收缩特性。超声加热不影响水凝胶热收缩特性,如第5天相似的伤口收缩率所示(图4A和C)。体外和体内实验表明,水凝胶在超声刺激下保持优异的抗菌性能并调节细胞行为,超声产生的热量不影响水凝胶在伤口愈合中的多功能性。


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