本文属于类型a，即单项原始研究报告。以下是根据文档内容撰写的学术报告。
一、作者、机构与发表信息
本研究由juan feng、wenxia gao、pengjin ge、shuhua chang、ting wang、quan zhao、bin he和shengsheng pan等人完成。主要通讯作者为wenxia gao（成都大学药学院）、pengjin ge（成都百利药业有限公司）、bin he（四川大学生物医学工程学院、国家生物材料工程技术研究中心）以及shengsheng pan（温州医科大学附属第一医院整形外科）。该研究于2024年11月22日在线发表于《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊，卷号为16，页码为65877−65889，文献DOI为10.1021/acsami.4c14752。
二、研究背景
细菌感染是伤口愈合过程中的重大挑战，严重威胁人类健康。理想的伤口敷料应具备良好的透气性、较强的吸水性、优异的生物相容性以及维持湿润环境的能力。水凝胶（hydrogel）因其三维多孔网络结构、高含水量、可吸收渗出液并维持创面湿润等特点，被认为是理想的伤口敷料。然而，传统水凝胶缺乏抗菌和抗炎活性，力学性能较差，且难以完全贴合伤口，限制了其在伤口愈合中的应用。
硫辛酸（thioctic acid, TA）是一种动物有氧代谢所需的小分子辅酶，兼具二硫键和羧基，可通过动态开环聚合形成聚硫辛酸（poly(thioctic acid), PTA）。PTA基水凝胶具有一定的组织粘附性和自修复性，但其亚稳态特性限制了应用。聚多巴胺（polydopamine, PDA）是一种仿贻贝粘附特性的聚合物，具有生物粘附、抗氧化、抗菌和生物相容性等多种功能。姜黄素（curcumin, CUR）则具有抗炎、抗菌和抗氧化活性。本研究旨在开发一种由PTA、PDA和CUR组成的集成水凝胶，用于治疗金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）感染的伤口，克服传统水凝胶在力学性能、抗菌性和生物活性方面的不足。
三、研究流程与实验方法
本研究共制备了六种水凝胶，包括PTA、PDA−PTA以及不同CUR含量的PDA−PTA−CUR水凝胶（CUR含量分别为2、4、8、16 mg）。以PDA−PTA−CUR 16为例，制备过程如下：将盐酸多巴胺溶于1.5 M氢氧化钠溶液中，搅拌过夜得到PDA溶液；随后加入16 mg姜黄素和480 mg D,L-硫辛酸，在60 °C加热10分钟使其完全溶解，再在90 °C加热20分钟，最后超声1分钟并在室温黑暗条件下放置3小时得到水凝胶。
在材料表征方面，研究采用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）分析水凝胶的化学结构，利用X射线光电子能谱（XPS）进一步验证PDA−PTA−CUR 16的组成。通过场发射扫描电子显微镜（SEM）观察冷冻干燥后水凝胶的微观形貌，并统计孔径大小。同时测定了水凝胶的含水量、溶胀率、体外降解行为以及CUR的释放曲线。
在力学和流变学性能方面，使用MCR 302流变仪测试水凝胶的注射性和自修复能力。通过频率扫描（1−500 rad/s）检测储能模量（G′）和损耗模量（G″）的变化以评估注射性；通过应变扫描（0.1%−1000%）研究水凝胶网络在不同应变下的破坏与恢复行为；通过交替应变扫描（1%和1000%）评估自修复性能。此外，通过注射器挤出实验和两块水凝胶接触后拉伸实验直观验证注射性和自修复性。
在粘附性能测试中，将PDA−PTA−CUR 16水凝胶粘附于玻璃、塑料、橡胶和金属表面，承受100 g重物以检测其粘附强度；同时测试其对猪皮、手指皮肤以及大鼠心脏、肝脏、脾脏、肺和肾脏等器官的粘附能力。通过拉伸-搭接剪切试验定量测定不同水凝胶对猪皮的粘附强度。
在抗氧化活性方面，采用DPPH（二苯基-2-吡啶基肼）清除实验测定水凝胶提取物的自由基清除能力。在抗菌性能方面，采用平板涂布法和抑菌圈法（牛津杯法）测定不同水凝胶对金黄色葡萄球菌的抗菌活性。
在生物相容性方面，采用MTT法检测L929细胞在水凝胶提取物中的存活率，通过钙黄绿素AM/PI染色观察细胞活性，并通过溶血实验评估血液相容性。
在体内伤口愈合实验中，使用8周龄雄性Sprague−Dawley大鼠（230−250 g），在背部制造四个全层圆形伤口（直径1.0 cm），接种金黄色葡萄球菌悬液（200 μL，1×10⁹ CFU/mL）。24小时后（第0天），分别将PTA、PDA−PTA和PDA−PTA−CUR 16水凝胶注射到伤口床上，对照组仅用纱布包扎。在第0、3、7、11和15天拍摄伤口照片并计算伤口愈合率。第3天和第15天收集伤口组织，进行细菌计数、苏木精-伊红（H&E）染色、马松（Masson）染色以及白细胞介素-6（IL-6）和CD31的免疫组织化学染色，以评估体内抗菌效果、炎症反应、胶原沉积和血管生成情况。
四、主要研究结果
FT-IR光谱显示，PTA的特征吸收峰位于3410、1688和686 cm⁻¹，分别对应O−H、C═O和C−S振动。PDA−PTA中O−H和C−S吸收峰发生蓝移，表明形成了更多氢键。PDA−PTA−CUR 16中O−H峰进一步蓝移，说明CUR的引入增加了氢键交联。XPS分析确认了PDA和CUR成功引入PTA水凝胶中，C 1s峰归属于O═C−OH、C−N/C−O和C−C，S原子峰归属于C═C−S。这些结果证明了PDA−PTA−CUR水凝胶的成功合成。
SEM观察显示所有水凝胶均呈现不规则多孔结构。PTA水凝胶孔径约为8.22±1.53 μm，PDA−PTA−CUR 4最小为6.34±2.44 μm。PDA的引入使水凝胶形貌更加粘稠，有利于注射。含水量测试表明所有水凝胶含水量均超过50%，其中PTA最高，PDA的引入降低了含水量，说明PDA增强了交联网络。
溶胀和降解实验显示，PTA在水中24小时后几乎完全降解，而PDA−PTA水凝胶的稳定性显著提高，7天后溶胀率约100%。PDA−PTA−CUR 16的溶胀率最高，7天后达到120%。CUR释放实验表明，PDA−PTA−CUR 16中CUR在最初30小时内缓慢释放，随后42小时释放加速，72小时累积释放率接近100%。
流变学测试表明，所有水凝胶在频率扫描中G′和G″出现交点，说明其交联网络在特定频率下被破坏，具有良好的注射性。在应变扫描中，当应变达到1000%时，G″高于G′，表明网络结构被破坏；恢复至1%应变后，G′再次高于G″，证明水凝胶具有自修复能力。PDA和CUR的引入使水凝胶在循环应变测试后G′和G″保持更稳定，自修复性能优于纯PTA水凝胶。
粘附性能测试显示，PDA−PTA−CUR 16能牢固粘附于玻璃、塑料、橡胶、金属以及猪皮、大鼠器官等多种表面。拉伸-搭接剪切试验表明，PTA对猪皮的粘附强度为2.65±1.48 kPa，PDA−PTA−CUR 8最高达到15.1±2.93 kPa，PDA−PTA−CUR 16为12.20±0.77 kPa。PDA的儿茶酚基团和CUR的酚羟基均可与皮肤组织中的氨基形成氢键，从而增强粘附性。
抗氧化实验显示，PTA水凝胶的DPPH清除能力较弱，PDA的引入显著增强了PDA−PTA水凝胶的自由基清除能力。随着CUR含量的增加，PDA−PTA−CUR水凝胶的DPPH清除能力逐渐增强，PDA−PTA−CUR 16表现出最强的抗氧化性能。
抗菌实验表明，PTA水凝胶本身具有一定的抗菌能力，PDA−PTA水凝胶的抗菌活性与PTA相当或略强。随着CUR含量的增加，PDA−PTA−CUR水凝胶的抗菌活性增强，PDA−PTA−CUR 16表现出最佳的抗菌效果。抑菌圈实验进一步证实了这一结果。
细胞毒性实验显示，L929细胞在不同水凝胶提取物中培养72小时后存活率均高于80%，钙黄绿素AM/PI染色显示细胞活性良好。溶血率均低于2%，表明水凝胶具有良好的细胞相容性和血液相容性。
体内伤口愈合实验表明，经过15天治疗，PDA−PTA−CUR 16组的伤口几乎完全闭合，愈合速度最快，其次是PDA−PTA组，PTA组和对照组愈合最慢。体内抗菌实验显示，第3天时PDA−PTA−CUR 16组伤口细菌数量最少，PDA−PTA组次之，对照组细菌最多。
H&E染色显示，第3天时PDA−PTA−CUR 16组伤口中炎症细胞最少，大量血管生成；第15天时该组形成了更多毛囊，组织恢复接近正常皮肤。其他组则存在较多炎症细胞和毛囊不完整现象。Masson染色显示，第15天时PDA−PTA−CUR 16组胶原排列紧密有序，类似于正常皮肤组织；PDA−PTA组胶原紧密但略紊乱；PTA组和对照组胶原密度较低。
免疫组织化学染色显示，PDA−PTA−CUR 16组第3天和第15天IL-6表达显著下调，表明炎症反应减轻。CD31染色显示，第3天时PDA−PTA−CUR 16组CD31表达最高，表明血管生成最强；第15天时该组CD31表达最低，提示伤口愈合已进入后期阶段。
五、研究结论
本研究成功开发了一种由PTA、PDA和CUR组成的自修复、生物粘附、抗氧化和抗菌的集成水凝胶。PDA的引入通过共价键和氢键增强了PTA水凝胶的稳定性、粘附性和抗氧化活性；CUR的引入进一步增强了水凝胶的抗菌性能。PDA−PTA−CUR 16水凝胶作为可注射伤口敷料，在金黄色葡萄球菌感染的大鼠伤口模型中通过抑制细菌生长、减轻炎症反应、促进胶原沉积和诱导血管生成，显著加速了感染伤口的愈合。该多功能水凝胶不仅提高了伤口愈合效率，还为临床抗细菌感染提供了一种有前景的策略。
六、研究亮点
本研究的主要亮点包括：第一，利用天然小分子硫辛酸经开环聚合构建水凝胶骨架，避免了传统有毒交联剂或重金属离子的使用，提高了体内应用安全性。第二，将PDA和CUR同时引入PTA网络，通过共价键和多重氢键的协同作用，实现了水凝胶在自修复、粘附、抗氧化和抗菌性能上的多重增强。第三，PDA−PTA−CUR 16水凝胶集注射性、自修复性、生物粘附性、抗氧化性和抗菌性于一体，并在体内实验中展现了优异的感染伤口愈合效果，为多功能伤口敷料的设计提供了新的思路。
七、其他有价值的内容
研究还发现，PDA的引入使水凝胶的微观形貌从松散的孔结构转变为更粘稠的状态，这有利于注射应用。此外，CUR的释放行为与水凝胶的溶胀行为一致，表明水凝胶的溶胀可调控药物释放。这些发现为水凝胶敷料的进一步优化和临床应用提供了实验依据。