最近，江南大学纺织科学与工程学院非织造课题组通在海洋贻贝超强粘附性的启发下，通过将季铵盐壳聚糖（QSC）、多巴胺（DA）、槲皮素（QT）等成分有机的结合在一起，构建了一种兼具粘附性、自愈合、抗菌、抗氧化等多种优异功能的复合水凝胶敷料。系统的研究了多功能水凝胶的微观形态结构、力学性能、溶胀性能、粘附性能等，揭示了多巴胺浓度和槲皮素浓度与水凝胶的自愈合性能、抗氧化、抗菌性能和溶血性能之间的构效关系。
▲多功能水凝胶的制备原理图：（a）QCS的合成，（b）丙烯酰胺（AM）的聚合，（c）多功能水凝胶的网络结构
首先先将壳聚糖（CS）接枝改性为季铵盐壳聚糖（QCS）（图a）。丙烯酰胺（AM）在交联剂BIS和引发剂APS的作用下发生聚合，形成聚丙烯酰胺（PAM）交联网络（图b）。然后，将QCS溶液与DA溶液完全混合，加入QT作为抗氧化剂和抗菌剂与PAM形成相互穿插的交联网络（图c），QCS分子链散布在聚丙烯酰胺网络中，DA和QT表面丰富的酚羟基赋予水凝胶多种功能，最终制备成粘附性多功能抗菌水凝胶敷料。在多功能水凝胶中存在多种类型的交联点：(i)单体AM和交联剂BIS之间发生自由基聚合形成的交联点；(ii)QCS链段和QT、PDA分子之间的相互作用力；（iii）-OH基团与其他组分之间形成的氢键；以及（iv）PDA分子之间的π-π堆积。这些相互作用力共同为多功能水凝胶坚固结构的构筑提供了动力。
超强的粘附性
通过引入聚多巴胺，赋予了材料超强的粘附性，可以在将多种物质粘附在水凝胶的表面。
▲“万物可粘”，可以粘附住橡胶、塑料、木材、PTFE、玻璃、陶瓷、金属和骨骼等材料。
这种水凝胶在皮肤表面粘附的同时也可以非常方便的去除。
▲肌肤表面强粘附而易去除
该水凝胶敷料还有非常强的变形能力，能够随着手指或机体的变形而发生形变。在挤压之后也能恢复到初始状态。
▲超强的粘附变形能力
高速剪切下的自修复能力
这种水凝胶材料在高速剪切作用下会被液化，而剪切应变降低时又会恢复到固体状态。因而在应对快速的切割作用时能够保证结构的完整。
▲高速剪切作用下的自修复功能
水凝胶中添加的槲皮素组分还赋予了材料抗菌、抗氧化和优异的凝血效果，在创口敷料领域表现出极佳的适用性。
▲水凝胶敷料的（a）凝血性能，（b）抗菌性能，（c）抗氧化性能
该研究的最大意义在于，通过构建双网络互穿结构并结合槲皮素和聚多巴胺的特性，赋予了水凝胶材料自粘附、自修复以及抗菌、凝血抗氧化等特性，并且其价格低廉，容易量产，对于新型医用敷料的开发有着重要的启示作用。
参考文献：
Wang L., Zhao Z., Dong J., Li D.*, Dong W., Li H., Zhou Y., Liu Q. and Deng B.*. Mussel-Inspired Multifunctional Hydrogels with Adhesive, Self-Healing, Antioxidative, and Antibacterial Activity for Wound Healing. ACS Applied Materials & Interfaces, 2023.
原文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.3c01065
