在日常生活中，皮肤难免会出现伤口。对于一些严重的伤口，如果处理不当，将会导致感染。伤口愈合是一个复杂的过程，需要各种细胞和基质成分共同作用，重建受损组织的完整性，替代失去的组织。在药房的急救药售货区，或到医院做急救伤口缝合，你可能会看到一种胶水状的胶粘“创可贴”——水凝胶绷带。

虽然我们经常使用棉花、纱布等不同吸水性的传统材料来处理伤口。但上个世纪的研究已表明，伤口愈合并长出新的皮肤适宜在湿润的环境中进行^[1]。

图1 水凝胶敷料（图源知乎）

水凝胶绷带具有良好的弹性，可以包裹伤口阻隔病菌，还因其高含水量，可提供有助于伤口愈合的湿润环境。水凝胶具有生物相容性，可直接与组织接触，覆盖神经末梢，减轻疼痛，成为许多医生、患者的理想选择。

一、什么是水凝胶敷料

水凝胶是一种具有三维网络结构的高分子聚合物材料，能够吸收并保持大量的水且不会溶解。水凝胶在生活中有着广泛的应用，作为食品的果冻、凉粉，护肤用的面膜，农业园艺用的保水剂，隐形眼镜，药物胶囊……

根据原料来源，水凝胶可分为两类：一种是天然高分子水凝胶，主要由壳聚糖、纤维素、透明质酸等多糖（图2）和明胶、胶原等蛋白质经处理得到。另一种是人工合成水凝胶，大多由亲水性聚合物制备，包括聚丙烯酰胺(PAM)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMAA)等（图3）。

图2 壳聚糖、纤维素、透明质酸的化学式（图源百度百科、知乎）

图3 PAM, PVP, PVA, PMAA 化学式

观察这些分子的化学式，可以发现，聚合物链上都含有亲水基团（如羟基-OH、氨基-NH₂、羧基-COOH等）。这些基团可与周围水分子相互作用形成氢键，从而吸收水分，在三维网络结构中容纳大量水。交联的网络结构中各基团之间相互作用，使水凝胶保持一定的体积形态。

图4 双网络抗溶胀壳聚糖水凝胶^[2]

因此，水凝胶敷料具有高含水量而不溶解，具有液态的流动性以及固态的稳定性。

二、水凝胶敷料的特性

（1）生物相容性

水凝胶敷料具有良好的生物相容性，可渗透代谢物，无刺激性。水凝胶中还含有氨基(-NH₂)、羧基(-COOH)等基团，可与周围组织上的氨基(-NH₂)、巯基(-SH)相互作用反应，结合形成相互渗透的网络，将水凝胶敷料固定。使用时，水凝胶粘附在伤口部位，防止细菌侵入和液体渗入造成感染。

图5 在水凝胶与组织间的化学键和物理作用的示例 ^[3]

在一项临床案例^[4]中，患者因疼痛甚至无法忍受减压治疗慢性腿部溃疡，使用水凝胶敷料后，疼痛大大减轻。水凝胶含水量高，可为干燥坏死的伤口补水，润湿伤口，神经末梢被湿润的环境包围，可缓解疼痛。伤口的温度暂时降低，舒缓疼痛组织，随后上升至最佳温度，促进伤口愈合。由于亲水残基的存在，水凝胶可以额外吸收一些液体，在伤口愈合中起到控制渗液的重要作用。

（2）多功能性

水凝胶伤口敷料最初只起到简单的物理隔离和创造湿润环境的作用，但随着临床对伤口修复要求的不断提高，对材料性能提出了更多要求，多功能性水凝胶敷料开始出现。

图6 水凝胶敷料类别（逆时针）：粘附止血型、抗菌型、导电型、抗氧化抗炎症型、刺激反应型、输送型、自愈型、伤口监测型。^[5]

水凝胶具有3D网络多孔结构，可作为递送系统，将足够剂量的抗生素递送至感染部位，从而减少了使用大量抗生素引起的细菌耐药性问题。或者将其他一些具有抗菌作用的原料（如无机金属纳米粒子、光热抗菌剂、阳离子聚合物）整合到水凝胶体系中，制备出具有抗菌功能的水凝胶敷料来预防和控制伤口感染。

适当的炎症消灭细菌和清除坏死的组织碎片。然而，过度炎症会导致高度氧化应激，破坏细胞。在水凝胶中引入天然多酚（如茶多酚、单宁酸、芦荟、花青素和黄酮类等）作为抗氧化剂，制备抗氧化消炎水凝胶，可有效促进伤口愈合。^[6]

刺激响应型水凝胶对外部环境（如温度、pH值、光照）的变化敏感，在外部环境刺激下可产生不同程度的大小或形状变化。例如，热敏水凝胶可在高于生理温度下会发生疏水收缩，挤出多余的水分并加速药物释放。

伤口部位的内生电场是伤口愈合过程中引导细胞向伤口迁移的定向信号。^[7]对导电水凝胶电极施加外部电流，可以模拟伤口处的内源性电流，加速伤口的愈合。

三、研究前沿——自愈水凝胶

下面将介绍一种多功能性水凝胶——自愈水凝胶。

对于一些严重的伤口，自愈水凝胶敷料可以起到很大的帮助。自愈水凝胶是一种可以修复自身功能和结构损伤的智能材料，可以直接注射到深且不规则伤口，进行自我修复，形成具有所需形状的单片水凝胶并彻底填充伤口，有效地产生机械屏障以保护伤口免受感染。

大多数自愈合水凝胶的制备都在水凝胶交联网络的形成过程中涉及动态可逆的化学键。目前，席夫碱（亚胺-C=N-）结构（图7）在自愈水凝胶伤口敷料的动态化学键中占很大比例。

图7 席夫碱键的形成和氨基的取代

用壳聚糖的衍生物羧甲基壳聚糖(CMC)和醛改性的纤维素纳米晶(DACNC)，通过席夫碱键（-C=N-）结合，制备出可自修复并按需溶解CMC/DACNC水凝胶（图8）。

图8 可自修复、按需溶解的CMC/DACNC水凝胶^[8]

在制备时，将CMC溶液和DACNC悬浮液均匀混合，CMC的胺基（-NH₂）与DACNC的醛基（-CHO）反应，形成可逆的席夫碱键。游离甘氨酸中的氨基比CMC中的氨基反应性更强，在CMC/DACNC水凝胶中加入甘氨酸后，改变席夫碱的平衡，甘氨酸的氨基取代了CMC的氨基，与DACNC的醛基反应形成新的席夫碱键，水凝胶网络被破坏，最终溶解。^[8]

图9 CMC和DACNC结构及凝胶化、按需溶解和自修复示意图^[8]

CMC/DACNC水凝胶中可逆席夫碱键的快速断裂和重新形成，实现了水凝胶自主愈合和完整性的保持。当席夫碱键和带有氨基的外源溶液之间发生席夫碱转移，可以实现按需溶解，轻松无痛去除水凝胶敷料，便于伤口清创。

结语

本文对水凝胶伤口敷料的原理、特性和研究前沿进行了科普。水凝胶在亲水性和生物相容性方面有出色的表现，能有效地缓解伤口疼痛并促进愈合，已成为用于伤口修复的重要材料。如今，科技正在飞速发展，研究人员有望研发出可监测伤口愈合情况并按需发挥作用的智能水凝胶敷料，更好地满足临床需求。那时，或许伤口愈合将不再是人们的困扰。

参考文献

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