皮肤是人体重要的器官，可以防止外来因素（细菌、病毒等）的入侵并维持身体的新陈代谢。然而，手术、烧伤或慢性疾病造成的伤口可能会破坏皮肤的完整性，使人体面临感染的风险；感染可能会扩大并导致额外的治疗费用、治疗失败，甚至死亡。因此，开发合适的伤口敷料对于预防伤口感染和加速皮肤愈合至关重要。类似于生理条件的潮湿环境有利于伤口的愈合。聚丙烯酰胺(Polyacrylamide，PAM)是一种生物相容性阳离子聚合物，已用于乳房植入物等临床应用。PAM水凝胶含水量高，可以保持伤口湿润。同时，它们的高吸水性可以吸收伤口多余的渗出液，有利于维持正常的生理环境，从而有利于组织愈合。然而，在感染条件下，伤口不能有序愈合，愈合受损最终导致慢性伤口，如果能赋予敷料抗菌能力，将进一步促进软组织的愈合。季铵壳聚糖（Quaternary ammonium chitosan，QCS）作为壳聚糖的衍生物具有广谱杀菌能力。QCS作为一种高分子量季铵聚合物，比传统的季铵盐类抗菌剂具有更高的生物安全性和更强的抗菌活性。此外，壳聚糖上的阳离子电荷与红细胞的负电荷之间的相互作用可导致血凝块的快速形成并促进止血。因此，PAM-QCS水凝胶将具有协同优势，包括保湿能力、吸收渗出液能力、抗菌功能和优异的止血性能。

此外，伤口感染或不愈合伤口的早期识别有助于及时调整治疗。诸多证据表明，伤口预后与局部环境的pH值直接相关。一般来说，健康的皮肤组织呈现酸性pH值范围（4-6），而在损伤或感染时，伤口皮肤组织的pH值显着增加（高达7-8）。因此，监测伤口pH值可能提供一种更好的方法来阐明和理解伤口状态。特别是建立明确的pH值与伤口预后之间的关系对于开发有效的诊断技术来预测和指导伤口愈合治疗具有重要意义。目前，现有的一些监测伤口pH值的系统，例如电化学传感器和固定染料敷料，具有易污染而导致性能不稳定和高毒性的缺点，在临床的使用中受限。碳量子点(Carbon quantum dots，CQD)是新型荧光纳米材料，具有优异的水溶性、稳定的光致发光和生物相容性。基于CQD的pH纳米传感器具有操作简单、检测方便、响应速度快、灵敏度高等优点，近年来在许多临床应用中引起了研究人员极大的兴趣，并被认为是当前研究中监测伤口愈合的适用工具。目前，伤口愈合的实时监测仍然是临床组织再生的主要挑战，亟需开发生物材料引导的现场监测伤口愈合技术。

鉴于此，湖北大学李玉林副教授团队联合上海大学高洁副教授、浙江省人民医院张磊医生、复旦大学中山医院江立波博士等开发了多功能双比色集成聚丙烯酰胺-季铵盐-碳量子点-酚红（PAM-QCS-CQDs-P）水凝胶，具有促进止血、预防感染、促进皮肤修复和实时监测伤口愈合的能力，可准确反映紫外线和可见光环境下的动态伤口状态。此外，这些视觉图像可以通过智能手机收集并转换为现场伤口pH信号，从而实现远程实时评估伤口动态状况。该材料有望应用于伤口愈合的实时治疗诊断工具，并革新医院、初级保健机构和社区的伤口护理方式。该研究以题为“Flexible Bicolorimetric Polyacrylamide/Chitosan Hydrogels for Smart Real-Time Monitoring and Promotion of Wound Healing”的论文发表在最新一期《 Advanced Functional Materials》上。

文章亮点：

1、为了获得监测功能，作者在水凝胶中引入了酚红和CQD，以实现对伤口状态的pH变化（5-8）的超灵敏比色和荧光响应。CQD和pH指示剂（酚红）与水凝胶的复合使其具有高响应性、可逆性和pH变化的准确指示，能反映紫外线和可见光环境下的动态伤口状态。此外，水凝胶的可见颜色和荧光信号的红色、绿色和蓝色(RGB)双色度值可以使用智能手机实时检测，可实现远程快速获取反映伤口状况的动态pH值。

2、该PAM-QCS-C-P水凝胶表现出优异的止血和粘接性能。使用水凝胶治疗后，小鼠肝脏的出血量减少了约80%。与凝血药物相比，PAM-QCS-C-P水凝胶不溶解，因此不会引起其他副作用（如血栓）。该水凝胶在体内展现出很强的止血能力，可用于治疗器官伤口。

3、作者通过活体伤口愈合实验和组织分析实验证实，该PAM-QCS-C-P水凝胶能保持足够的伤口水分，并能通过其高抗菌活性（针对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌）和皮肤修复功能促进伤口愈合。

图1 水凝胶的pH敏感特性

图2 智能手机引导的实时pH监测功能

图3 PAM-QCS-C-P水凝胶的体外抗菌活性

图4 水凝胶的体内伤口愈合功效

文章链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202102599

来源：高分子科学前沿

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