本研究由Huan Fang、Jihui Wang、Lin Li、Longquan Xu、Yuxuan Wu、Yi Wang、Xu Fei、Jing Tian和Yao Li等人共同完成。Xu Fei来自大连工业大学仪器分析中心，Jing Tian来自大连工业大学生物工程学院，Yao Li来自大连工业大学轻工与化学工程学院。该研究于2019年发表在*Chemical Engineering Journal*第365卷，文章标题为《A novel high-strength poly(ionic liquid)/PVA hydrogel dressing for antibacterial applications》。
皮肤作为人体最大的器官，承担着抵御细菌和病毒入侵、维持体温与体液平衡以及保护内部组织的重要功能。然而，皮肤容易遭受烧伤、烫伤、割伤等各类损伤，导致严重的健康问题和高额医疗费用。皮肤创面愈合是一个复杂且动态的生理过程，主要包括炎症期、增殖期和重塑期三个阶段。在创面愈合早期，创面周围组织会产生大量组织液、蛋白质和死亡细胞等代谢产物，这增加了细菌感染的可能性。因此，理想的创面敷料应具备物理屏障、抗菌性能以及吸附代谢产物三大特性。水凝胶因其三维网络结构能够吸附大量创面代谢产物且不溶解，成为最具潜力的创面敷料材料。其中，聚乙烯醇（poly(vinyl alcohol)，PVA）基水凝胶通过反复冻融形成物理交联，具有良好的生物相容性和拉伸强度，但其抗菌能力较差，限制了其在创面敷料中的应用。传统抗菌创面敷料通过被动扩散释放抗生素或银离子，可能导致耐药性、副作用和银质沉着症。为克服这些缺陷，本研究设计了一种不释放抗菌物质的高强度聚离子液体（poly(ionic liquid)）/PVA复合水凝胶敷料，通过化学聚合和物理交联相结合的方法制备而成。
研究首先将1-乙烯基-3-丁基咪唑溴盐（vbimbr）与丙烯酰胺（acrylamide，AM）在70 °C条件下通过自由基聚合形成聚离子液体，然后与PVA溶液混合，经过五个循环的-20 °C冷冻6小时和室温解冻2小时，通过PVA分子链间形成的结晶簇作为物理交联点，同时聚离子液体中的羰基和氨基与PVA中的羟基形成高密度氢键，最终获得聚离子液体/PVA复合水凝胶。根据vbimbr、AM和PVA的不同质量比，制备了四种水凝胶样品，分别命名为LAPH0、LAPH1、LAPH2和LAPH3。研究通过傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和能量色散X射线光谱（EDS）对水凝胶的结构和形貌进行了表征。FT-IR结果显示，与LAPH0相比，LAPH1、LAPH2和LAPH3在1540–1580 cm⁻¹处出现了咪唑阳离子的特征吸收峰，且峰强度随咪唑阳离子含量增加而增强，证实了聚离子液体/PVA复合水凝胶的成功合成。XRD图谱中在2θ=26.5°和2θ=40.8°处出现的两个钝峰表明水凝胶具有半结晶聚合物结构。SEM图像显示水凝胶冻干后呈现出孔径为0.5–30 μm的多孔互连网络结构，且孔径随vbimbr含量增加而增大，其中LAPH3的孔径最大，为10–30 μm。这种多孔形貌有利于创面渗出液的吸附。
研究进一步测试了水凝胶的含水量、溶胀性能、力学性能、蛋白质吸附能力和抗菌活性。含水量测试表明所有水凝胶的含水量均高于80%，能够为创面愈合提供湿润环境。溶胀实验显示所有水凝胶在2小时内达到溶胀平衡，其中LAPH3的平衡溶胀率约为102%，显著高于其他样品。力学测试结果表明，随着聚离子液体含量增加，水凝胶的最大应力和断裂伸长率显著提高。LAPH3的拉伸应力达到0.87 MPa，断裂伸长率达到265.92%，压缩应力在压缩应变为7.83%时达到1.61 MPa。LAPH3还能够承受汽车碾压而保持原始形状，并可被拉伸至约两倍长度且易于打结。蛋白质吸附实验以牛血清白蛋白（bovine serum albumin，BSA）为模型蛋白，结果显示LAPH0、LAPH1、LAPH2和LAPH3的蛋白质吸附量分别为37.25 ± 1.63 mg/g、66.75 ± 3.59 mg/g、89.50 ± 1.14 mg/g和147.75 ± 1.22 mg/g。LAPH3具有最高的蛋白质吸附能力，这主要归因于其表面大量带正电荷的咪唑基团与BSA之间的静电相互作用。
体外抗菌实验采用纸片法和菌落计数法评估了水凝胶对大肠杆菌（*E. coli*）、金黄色葡萄球菌（*S. aureus*）、枯草芽孢杆菌（*B. subtilis*）、白色念珠菌（*C. albicans*）以及黑曲霉（*Asp. niger*）、米曲霉（*Asp. oryzae*）和根霉（*Rhizopus*）的抗菌效果。纸片法结果显示，LAPH1、LAPH2和LAPH3表面没有观察到菌落生长，且未出现明显的抑菌圈，表明这些水凝胶具有非释放型抗菌能力。菌落计数法结果表明，LAPH0对所有菌株无显著抗菌活性，而LAPH1、LAPH2和LAPH3能够抑制超过97%的大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和白色念珠菌，以及87%的枯草芽孢杆菌。特别是LAPH3在与细菌接触24小时后能够杀死100%的细菌。抗菌机制主要归因于聚离子液体中阳离子基团与细菌细胞膜中磷酸基团之间的静电相互作用以及疏水链段插入细菌脂质膜导致细胞膜穿孔和细胞死亡。
体外细胞培养实验通过MTT法评估了水凝胶对小鼠成骨细胞（MC3T3-E1）的细胞毒性。结果显示所有水凝胶均未表现出明显的细胞毒性，细胞存活率良好。H&E染色后的光学显微镜观察显示LAPH3表面生长的MC3T3-E1细胞呈纺锤形，细胞核形态正常，表明水凝胶具有良好的细胞相容性。体内创面愈合实验采用昆明雌性小鼠建立全层皮肤缺损模型，将小鼠随机分为对照组、LAPH1组、LAPH2组和LAPH3组，每组4只。术后第10天，所有敷料处理组的创面面积均显著小于对照组（LAPH1：72 ± 2%，LAPH2：84 ± 5%，LAPH3：89 ± 3%，对照组：55 ± 5%）。术后第15天，LAPH3处理组的创面几乎完全闭合（99 ± 1%），而其他组的创面仍未完全愈合。组织学评价显示，对照组创面周围有大量炎性细胞浸润，LAPH1组也存在明显的炎性细胞浸润，而LAPH2和LAPH3组的上皮化和结缔组织排列更为规则和完整。
本研究的结论是成功合成了聚离子液体/PVA复合抗菌水凝胶，其中LAPH3具有高含水量、高溶胀率、良好的亲水性、优异的力学性能和生物相容性，并能够在体外有效抑制细菌、真菌和霉菌的生长。小鼠模型实验进一步证明LAPH3能够显著促进创面愈合，维持湿润的愈合环境，且具有生物安全性。该研究为开发非释放型抗菌创面敷料提供了新的思路，LAPH3有望作为一种有前景的抗菌创面愈合敷料应用于临床。研究的亮点在于该水凝胶敷料不释放抗菌剂，避免了抗生素和银离子释放带来的副作用，同时兼具有效的抗菌能力和良好的力学性能，并且通过小鼠成骨细胞在其表面的生长证明了其优异的生物相容性，能够促进完整表皮的重建。