水凝胶的发展历程：水凝胶顶刊频发

水凝胶的发展历程：水凝胶顶刊频发这里，一个超分子鸟苷四链体（G4）-水凝胶用作级联反应容器，从葡萄糖中产生活性氧（ROS）（图1）。级联反应整合了两个或多个反应，每个完成的反应都启动下一个反应。用作级联反应容器，G4-水凝胶中含有葡萄糖氧化酶和血红素，将天然存在的内源性葡萄糖转化为H2O2首先，葡萄糖 - 氧化酶辅助反应。在随后的反应中，H2O2在血红素的帮助下转化为ROS。ROS表现出多种抗菌活性方式，可以破坏细菌细胞膜，破坏细胞内DNA，并分解感染性生物膜的细胞外聚合物质基质，形成将感染性生物膜保持在一起的胶水。很少探索使用级联反应来控制细菌感染，重要的是，它可以在非抗生素的基础上杀死感染性细菌。G4-含有级联反应组分的水凝胶可能特别适用于根除感染糖尿病足溃疡中的细菌，并有可能降低内源性葡萄糖浓度。onlinelibrary.wiley/doi/10.1002/advs.2021034853、

1、水凝胶是一类无价的软质和湿润材料，由于其结构和组成与天然细胞外基质的相似性，在生物医学工程领域引起了越来越多的关注。由于其高强度和可注射性，水凝胶被认为是在需要最少或无创治疗的承重组织中实施的理想候选者，例如用于软骨组织工程的承重组织和骨缺损的治疗。然而，迄今为止开发的大多数高强度水凝胶都遭受不可逆的键断裂引起的永久性损伤，导致剪切变稀注射性差。通常，水凝胶的剪切稀化效率和强度呈负相关。高机械强度通常源于有机溶剂中聚合物链之间强烈且不可逆的交联相互作用，这限制了它们的剪切变稀敏感性。然而，为了使水凝胶表现出优异的剪切稀化注射性，它必须包含动态共价键或可逆的非共价相互作用，这通常会导致机械强度差。因此，在温和条件下开发具有高机械强度和出色剪切稀化注射性的水凝胶仍然是一个艰巨的挑战。

具有高机械强度和可注射性的水凝胶在生物医学和组织工程中引起了广泛的关注。然而，赋予水凝胶两种性质是具有挑战性的，因为它们通常是反向相关的。在这项工作中，qianming chen 等人通过构建多氢键系统，成功制备了高强度且可注射的超分子水凝胶。它是由单体核苷分子凝胶化剂（2-氨基-2′-氟-2′-脱氧腺苷（2-FA））以蒸馏水/磷酸盐缓冲盐水作为溶剂的自组装构建的。其储存模量达到1 MPa，浓度为5.0重量%，是包含超低分子量（MW <300）凝胶的最强超分子水凝胶。此外，它具有优异的剪切变稀注射性，并在37°C下注射后几秒钟内完成溶胶 - 凝胶过渡。 多氢键系统本质上是基于双NH2基团、水分子和 2′-F 原子之间的协同相互作用 。此外，2-FA水凝胶具有优异的生物相容性和抗菌活性。当应用于大鼠磨牙提取窝时，与自然愈合和商用出血剂明胶海绵相比，2-FA水凝胶表现出更快的降解，诱导较少的破骨活性和炎症浸润，导致更完全的骨愈合。综上所述，本研究为各种生物医学工程应用提出多功能、高强度、可注射的超分子水凝胶提供了思路。onlinelibrary.wiley/doi/10.1002/adma.202108300

2、慢性伤口感染是糖尿病的关键并发症之一，难以治愈。尽管已经做出了巨大努力，但开发特殊敷料作为有效促进糖尿病患者伤口愈合的治疗策略仍然是一项重大挑战。在这项研究中，juan xia 等人开发了一种形状可编程的分层纤维膜复合系统，用于炎症微环境的协同调节，以治疗慢性感染的伤口。该系统包括功能层和形状可编程背衬层。温度响应形状记忆机制以可编程方式实现糖尿病伤口的双轴机械主动收缩。采用一种纤维膜形式的替代生物医用粘合剂，纤维膜由明胶甲基丙烯酰胺（GelMa）纤维和聚丙烯酸（PAA）的两个聚合物网络组成，它们富含儿茶酚和羧基。儿茶酚的聚合物网络是通过原位动态光交联的化学键形成的。该纤维膜通过静电相互作用和共价键强烈粘附在受伤组织上。根据我们之前的研究，通过将刺激响应官能团引入聚合物网络中，通过刺激化学键键键的切割导致敷料的机械致动，从而实现纤维膜和组织表面之间的按需脱粘。传统的策略一直致力于伤口敷料的生化行为，而较少关注可以促进伤口愈合的机械线索的工程。同时，先前对动物的研究表明，与正常伤口相比，糖尿病慢性伤口的机械收缩性是限制糖尿病伤口愈合的关键因素。根据这些研究的结果，糖尿病伤口的机械管理，如诱导收缩，被认为是促进糖尿病伤口愈合的有效方法。因此，我们将含有聚丙交酯-共三甲基碳酸酯（PLATMC）的机械活性纤维层引入我们的分层纤维膜系统中。为了确保抑制伤口扩张并避免感染，通过静电纺丝产生了具有温度触发压接和疏水性抑菌功效的形状可编程的外纤维层。总之，本研究提供了一种多功能的分层纤维膜（图1），这对于治疗糖尿病患者的慢性伤口是非常理想的。

总而言之，膜系统结合了抗菌活性，根据伤口愈合需要控制的药物释放，具有形状可编程的机械调节，强大的粘附力以及按需脱粘到生物组织，以合理地指导慢性伤口管理。抗菌纤维网络与释放药物的协同组合显示出广谱抗菌活性。体外和体内评估表明，敷料效率有助于促进和支持伤口愈合。这项研究的见解证明了具有形状可编程性的分层复合膜系统作为糖尿病伤口护理的潜在治疗方法的有效性。onlinelibrary.wiley/doi/10.1002/smll.202107544?af=R

3、可注射的水凝胶由于其独特的施用方式进入人体，在体内生物医学应用中显示出很高的潜力。在本研究中，我们提出了一种材料设计策略，用于开发具有良好粘附性，拉伸性和生物可吸收性的多功能可注射水凝胶。它的多功能性，即在注射到体内时同时发生多个反应，不需要能量刺激和/或添加剂，是通过基于水凝胶化学的生物可吸收前体的细致工程来实现的。多功能可注射水凝胶可以通过微创程序施用，与靶组织形成共形粘合剂界面，以最小的机械约束与器官运动动态拉伸，并在特定时期后在体内重新吸收。此外，将功能纳米材料掺入水凝胶中允许各种体内诊断和治疗应用，而不会影响水凝胶的原始多功能性。这些特征通过对代表性器官（包括皮肤、肝脏、心脏和膀胱）的治疗诊断案例研究得到验证。

本研究的多功能可注射水凝胶由两组前体组成：前体A由氧化透明质酸和酪胺（o-HA-Tyr）与钙离子（Ca2 ）的结合物组；和前体B由羧甲基壳聚糖（CMC），辣根过氧化物酶（HRP）和过氧化氢（H2O2)。当两种前体在注射过程中通过双注射器（图1a，b的（i））混合时，多种自发反应包括点击反应（希夫碱形成）和酶促反应（与HRP）以及离子相互作用（与Ca2 ），将液体前体转化为固体水凝胶。原位凝胶使水凝胶和组织表面之间的共形整合成为可能（图1a，b的（ii））。包含两种聚合所组成的水凝胶具有双网络结构，赋予拉伸性（图1a，b的（iii））。此外，在水凝胶和组织之间形成的化学键表现出强烈的粘合力（图1a，b的（iv））。由于其拉伸性和粘附性，水凝胶可以适应各种器官运动和改革。水解后水凝胶可以再吸收（图1a，b的（v））。使用猪皮（电影S1）通过可行性测试，在离体检查水凝胶的多功能性。pubs.acs/doi/10.1021/acsnano.1c07649

4、感染抗生素耐药细菌的糖尿病足溃疡形成糖尿病的严重并发症。含有抗菌剂的水凝胶被用作感染伤口的敷料，但抗菌素耐药性感染数量的持续增加需要新的非抗生物设计。在这里，本研究是设计了由鸟苷，2-甲酰基苯硼酸和腐胺组成的水凝胶，并将其用作级联反应容器 G4-水凝胶是负载葡萄糖氧化酶和血红素。由葡萄糖氧化酶引发的第一个级联反应将葡萄糖和O2转化为葡萄糖酸和H2O2。在体外，该反应对悬浮液中杀灭金黄色葡萄球菌或铜绿假单胞菌的影响最大，但在生物膜生长模式中显示出有限的杀伤细菌。然而，第二个级联反应将H2O2转化为活性氧（ROS），由于血红素渗透到生物膜中以及与生物膜基质中的eDNA G-四链体相互作用，还可以增强生物膜细菌的杀伤。因此，第二次级联反应在靠近目标细菌的地方产生ROS，尽管ROS的寿命很短，但仍有助于杀灭。糖尿病小鼠感染伤口的愈合在这些G4-水凝胶覆盖后愈合的更快，比通过临床上常见的环丙沙星冲洗。此外，感染伤口周围的局部葡萄糖浓度降低。最后，一个 G4-含有葡萄糖氧化酶和血红素的水凝胶是感染伤口敷料的良好候选者，特别是在糖尿病患者中。

onlinelibrary.wiley/doi/10.1002/advs.202103485

这里，一个超分子鸟苷四链体（G4）-水凝胶用作级联反应容器，从葡萄糖中产生活性氧（ROS）（图1）。级联反应整合了两个或多个反应，每个完成的反应都启动下一个反应。用作级联反应容器，G4-水凝胶中含有葡萄糖氧化酶和血红素，将天然存在的内源性葡萄糖转化为H2O2首先，葡萄糖 - 氧化酶辅助反应。在随后的反应中，H2O2在血红素的帮助下转化为ROS。ROS表现出多种抗菌活性方式，可以破坏细菌细胞膜，破坏细胞内DNA，并分解感染性生物膜的细胞外聚合物质基质，形成将感染性生物膜保持在一起的胶水。很少探索使用级联反应来控制细菌感染，重要的是，它可以在非抗生素的基础上杀死感染性细菌。G4-含有级联反应组分的水凝胶可能特别适用于根除感染糖尿病足溃疡中的细菌，并有可能降低内源性葡萄糖浓度。

5、聚多巴胺（PDA）纳米颗粒由于其易于合成，良好的生物降解性，长期安全性和优异的光稳定性，已成为光热抗菌治疗中一种有吸引力的仿生光热剂。然而，PDA纳米颗粒的治疗效果通常受到低光热转换效率（PCE）的限制。本文构建了一种含有PDA@Ag纳米颗粒的生物相容性多糖水凝胶负载，用于局灶性感染治疗。如图1所示，在PDA纳米颗粒表面生长的Ag纳米颗粒是通过还原沉积方法实现的。通过Ag修饰，光热转化率从16.6%（PDA）显著提高到36.1%（PDA@Ag）。随后，将PDA@Ag纳米颗粒嵌入到多糖（阳离子瓜尔胶，CG）网络中，通过简单的一锅混合法制备CG/PDA@Ag水凝胶。在水凝胶载体的帮助下，一方面PDA@Ag纳米颗粒可以均匀分散而不团聚，设计的CG/PDA@Ag体系的PCE进一步从36.1%提高到38.2%。另一方面，具有丰富功能羟基和季铵基团的CG多糖水凝胶，通过静电力，范德华力和疏水相互作用与细菌相互作用，可以非选择性地捕获和杀死一些革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌，可以提供额外的抗菌效果。抗菌试验表明，这种复合CG/PDA@Ag水凝胶在体外对大肠杆菌（大肠杆菌，99.9%）和金黄色葡萄球菌（金黄色葡萄球菌，99.8%）具有广谱抗菌特性。进一步的结果表明，CG / PDA@Ag水凝胶在体内大鼠伤口感染模型中也显示出出色的杀菌活性。据我们所知，这是第一个关于在抗菌治疗领域应用CG / PDA@Ag复合水凝胶的研究工作。我们的工作为构建一个强大的基于PDA的光热系统提供了新的思路，用于抗菌治疗和伤口愈合。

onlinelibrary.wiley/doi/full/10.1002/advs.202106015