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本研究由同济大学医学院附属第十人民医院骨科与东华大学生物科学与医学工程学院的科研团队合作完成，第一作者为Binan Zhao、Yuanzhen Zhang和Dandan Li，通讯作者为Xiumei Mo与Jianfeng Pan，成果发表于材料科学领域权威期刊《Acta Biomaterialia》2022年第151卷。研究聚焦于天然水凝胶机械性能不足这一生物医学应用瓶颈问题，开发了一种基于霍夫迈斯特效应（Hofmeister effect）增强的明胶/氧化葡聚糖（Gel/O-Dex）复合水凝胶，为伤口愈合提供了创新性解决方案。

学术背景 天然水凝胶因其生物相容性和可降解性在组织工程领域具有显著优势，但机械强度不足严重制约其临床应用。传统增强方法如双网络结构或纳米填料掺杂往往牺牲材料简便性或生物活性。本研究创新性地利用霍夫迈斯特效应——离子对蛋白质构象的调控现象，通过物理交联协同希夫碱（Schiff base）化学交联构建复合网络。1888年发现的霍夫迈斯特序列表明，阴离子可依沉淀蛋白质能力分为kosmotropes（水结构加强离子）和chaotropes（水结构破坏离子）。该效应通过改变蛋白质水合层直接影响分子链折叠，为无需化学反应的材料改性提供了新思路。

研究流程与方法 1. 材料制备阶段： - 氧化葡聚糖合成：采用高碘酸钠（NaIO₄）氧化葡聚糖（Mw≈70,000）的邻二醇结构，通过调控n(NaIO₄)/n(Dex)摩尔比（0.5-2.0）获得不同醛基含量（最高84.64%）的O-Dex，经透析纯化后冻干保存。FTIR在1733 cm⁻¹处确认醛基特征峰，XPS分析显示C=O键比例下降验证成功氧化。 - 水凝胶构建：将20%明胶（Gel）与10% O-Dex溶液混合，通过氨基-醛基希夫碱反应形成化学交联网络。通过SEM观测发现交联使孔径从天然明胶的50μm增至100μm，BET比表面积提升171.8%至38.95 m²/g。

1. 霍夫迈斯特效应处理：

• 分别用2M的CO₃²⁻、SO₄²⁻、S₂O₃²⁻和H₂PO₄⁻溶液处理水凝胶12小时，发现离子沉淀能力与孔径收缩程度严格遵循霍夫迈斯特序列。其中H₂PO₄⁻处理组在保持多孔结构（平均孔径>50μm）的同时显著提高机械性能（压缩应力83.09 kPa vs 原始2.77 kPa）。
• 浓度梯度实验显示20% NaH₂PO₄处理达到最佳平衡：30%浓度导致孔结构坍塌，10%则增强不足。FTIR证实处理组在1290 cm⁻¹处α-螺旋结构特征峰增强，3410 cm⁻¹处氢键峰减弱，表明物理交联域形成。

1. 性能表征：

• 力学测试显示双重交联产生协同效应：20% H₂PO₄⁻处理组拉伸强度达98.4 kPa（为单纯化学交联的3.8倍），压缩模量提升43倍。循环加载试验发现滞后环面积增大，证明物理交联域通过可逆解离耗能。
• 生物相容性机制：XPS显示处理后表面醛基含量降低67%，残余NaH₂PO₄提供细胞微环境。CCK-8实验证实处理组细胞增殖率比对照组高21%，皮下植入SD大鼠6周后炎症反应层厚度减少58%。

1. 伤口愈合验证：

• 全层皮肤缺损模型显示：霍夫迈斯特效应处理组14天伤口闭合率达91%（对照组仅62%），21天再生表皮厚度接近正常皮肤（45±3μm vs 40±2μm）。Masson染色显示胶原沉积量增加2.1倍，免疫组化证实I型胶原表达增强。

关键结果与逻辑链条 1. 离子类型筛选实验证实机械增强效果严格遵循霍夫迈斯特序列（CO₃²⁻>SO₄²⁻>S₂O₃²⁻>H₂PO₄⁻），但强沉淀离子破坏孔结构。这引导研究选择生物相容性更优的H₂PO₄⁻。 2. 浓度梯度实验揭示20% NaH₂PO₄可实现：①保持孔隙率（利于细胞迁移）②最大化机械性能（弹性模量8.7 MPa）③残余磷元素促进细胞代谢。三者共同解释体内愈合加速现象。 3. 分子机制研究显示：物理交联通过α-螺旋结构和疏水相互作用域形成，与化学交联网络产生应力协同——前者耗散能量，后者保持形状记忆。

研究结论与价值 该研究开创性地将霍夫迈斯特效应引入天然水凝胶改性，通过离子特异性调控实现：①非化学修饰增强（保持材料生物安全性）②动态力学性能（抗疲劳应变>40%）③原位醛基掩蔽（降低细胞毒性）。相较于传统双网络水凝胶，该策略工艺简便（仅需浸泡处理），为创伤敷料设计提供了新范式。临床转化潜力体现在：加速伤口闭合速率（21天完全再上皮化）、抑制瘢痕增生（表皮厚度调控）、成本效益比突出（无须复杂设备）。

创新亮点 1. 方法学创新：首次将霍夫迈斯特序列作为水凝胶性能调控工具，建立离子类型-孔径-机械性能的定量关系。 2. 机制发现：证实物理交联域通过α-螺旋构象转变和分子链缠结实现能量耗散，刷新了对生物大分子网络增强机理的认知。 3. 医用价值：开发的H₂PO₄⁻增强水凝胶兼具ECM仿生结构（大孔率）和皮肤级力学性能（杨氏模量0.5-1.5 MPa），满足动态伤口管理需求。

补充价值 研究建立的”化学交联度-离子浓度-生物活性”三元调控模型，可扩展至其他蛋白质基材料。文中揭示的醛基掩蔽效应为含活性醛基材料的生物相容性改造提供了普适策略。动物实验采用的时间序列分析（7/14/21天）系统阐释了材料对伤口愈合三阶段（炎症/增殖/重塑）的差异化调控作用。