一、 主要作者及研究发表情况

本研究的主要作者为Yifan Wang和Lei Jin，他们与Cancan Huang、Nabeel Khalid Bhutta、Linfeng Sun、Jiale Li以及通讯作者Bingnan Han共同完成了这项工作。所有作者均来自浙江理工大学，所属机构为浙江省重大疾病靶向治疗新技术与应用工程研究中心、抗过敏功能分子实验室、浙江省家蚕生物反应器与生物医学重点实验室，隶属于生命科学与医学院。这项研究以题为“Mechanically adaptive injectable hydrogels with dual-role oxidized cyclodextrin for pH-responsive drug delivery in chronic infected wound healing”的论文形式，于2025年10月14日在线发表，并收录在学术期刊*Carbohydrate Polymers*第372卷（2026年）中。

二、 学术背景与研究目标

本研究属于生物医学工程与材料科学交叉领域，具体聚焦于功能性生物材料在组织修复中的应用。慢性感染创面（Chronically infected wounds）因其持续的细菌定植、未解决的炎症以及复杂的微环境（如酸性pH、高活性氧水平），在临床上仍是重大挑战。传统敷料功能单一，难以满足动态伤口愈合过程对可控药物递送、机械适应性以及主动抗炎抗菌的需求。水凝胶（Hydrogels）因其高含水率、良好的生物相容性和可调的性能，被视为理想的伤口敷料候选材料。其中，可注射水凝胶（Injectable hydrogels）因其能够通过剪切稀化（Shear-thinning）行为填充不规则创面，并具有自修复（Self-healing）能力而备受关注。席夫碱（Schiff base）反应因其反应条件温和、可逆且具有pH响应性，常用于构建此类动态水凝胶网络。然而，仅依赖席夫碱交联的水凝胶往往面临机械强度不足的挑战，难以同时优化其半流变性和力学性能。

基于此背景，本研究旨在开发一种新型多功能可注射双网络（Double-network, DN）水凝胶系统，以解决上述问题。具体目标包括：1）构建一种兼具优异可注射性、可调机械强度和强组织粘附力的水凝胶敷料；2）实现无需额外载体的疏水性药物（以白藜芦醇Resveratrol为例）直接高效负载；3）赋予水凝胶对感染创面酸性微环境的pH响应性药物释放能力；4）集成抗菌、抗氧化、抗炎等多种生物活性，以协同促进慢性感染创面的愈合。

三、 详细研究流程与方法

本研究包含材料合成、表征、水凝胶构建、性能评估及体内外生物学评价等多个紧密衔接的步骤。

1. 关键材料合成与表征： * α-硫辛酸改性壳聚糖（α-Lipoic acid-modified chitosan, LACS）的合成： 通过碳二亚胺介导的酰胺化反应，将具有抗氧化活性的α-硫辛酸（α-LA）接枝到壳聚糖（CS）骨架上。利用核磁共振氢谱（¹H NMR）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和元素分析对产物结构及接枝率（7.40%）进行确认。 * 氧化β-环糊精（Oxidized β-cyclodextrin, OCD）的合成： 通过高碘酸钠氧化β-环糊精（β-CD）制备，使其表面带上醛基。通过¹H NMR、FTIR、X射线衍射（XRD）以及羟胺盐酸盐滴定，确认了醛基的成功引入，并量化了不同氧化度产物（OCD1, OCD3, OCD5）的醛基含量。 * OCD对疏水药物的增溶能力评估： 以白藜芦醇（Resveratrol, Res）为模型药物，通过相溶解度实验评估了OCD对Res的包合能力。结果显示，OCD（尤其是OCD1）能显著提高Res在水中的溶解度，并通过分子对接、FTIR和XRD证实了包合物的形成。

2. LCOD双网络水凝胶的制备与表征： * 制备流程： 该水凝胶（命名为LCOD）通过两步法构建。首先，将LACS溶液与OCD溶液混合，通过LACS上的氨基与OCD上的醛基发生可逆的席夫碱反应，形成初级动态网络，赋予水凝胶可注射和自修复特性。随后，利用紫外光（365 nm）照射，引发LACS上α-LA残基之间形成二硫键（Disulfide bonds），构建次级共价网络，从而在注射后原位增强水凝胶的机械稳定性和结构完整性。整个过程无需光引发剂，避免了潜在的生物相容性问题。 * 结构表征： 通过扫描电子显微镜（SEM）观察水凝胶内部多孔结构，发现随着OCD含量增加（LCoD1, LCoD2, LCoD3），孔径减小，网络更致密。X射线光电子能谱（XPS）分析证实了席夫碱键（C=N）的形成，且其比例随OCD添加量增加而增加。

3. 水凝胶理化与机械性能系统评估： * 流变学性能： 采用旋转流变仪系统评估了水凝胶的粘弹性。在紫外光照前后，测量了储能模量（G‘）和损耗模量（G“）。结果显示，初始席夫碱网络使水凝胶具有较低的模量，适合贴合伤口；紫外照射后，由于二硫键网络的形成，G‘和G”显著提升，机械强度增强。应变扫描和频率扫描证实了水凝胶的稳定网络结构和剪切稀化行为。 * 可注射性与自修复性： 通过将水凝胶装入注射器推注，证明了其良好的可注射性。将两块不同颜色的水凝胶切开后接触，可在数分钟内融合为一体，直观展示了其自修复能力。稳态剪切粘度测试进一步量化了其剪切稀化特性。 * 粘附与压缩性能： 通过搭接剪切试验，定量测定了水凝胶对猪皮的粘附强度（LCoD2和LCoD3可达~16 kPa）。水凝胶能在手指、手腕等动态部位牢固粘附。还定性展示了其对塑料、玻璃、金属、织物等多种基材的粘附性。压缩测试表明，所有水凝胶能承受70%的应变而不破裂，且压缩模量随交联密度增加而增加。 * pH响应性溶胀与药物释放： 在不同pH（5.0, 7.4, 9.0）的磷酸盐缓冲液（PBS）中测试水凝胶的溶胀行为。在酸性条件下（pH 5.0），由于席夫碱键断裂和氨基质子化，水凝胶溶胀比最高。相应地，负载Res的水凝胶在pH 5.0时显示出最快的药物释放速率和最高的累积释放量，证明了其对感染创面酸性微环境的智能响应释放能力。药物释放动力学拟合表明，释放过程主要由浓度梯度驱动的扩散机制控制。

4. 体外生物学性能评价： * 抗菌性能： 采用表面接触抑制法和平板涂布法，评估水凝胶对大肠杆菌（E. coli）和金黄色葡萄球菌（S. aureus）的抗菌效果。所有LCOD水凝胶对两种细菌的抑菌率均超过95%，且无需额外添加抗生素或金属纳米颗粒，其抗菌活性源于LACS中α-LA的硫基对细菌膜的破坏作用。 * 抗氧化性能： 通过DPPH和ABTS自由基清除实验，定量评估水凝胶的抗氧化能力。LCOD水凝胶展现出强大的自由基清除能力（>90%），这主要归功于α-LA组分。紫外交联后该活性得以保留。 * 生物相容性： 通过CCK-8法和活/死细胞染色，评估水凝胶浸提液对L929成纤维细胞和RAW 264.7巨噬细胞的细胞毒性。结果显示，即使在高浓度下，细胞存活率仍超过80%，表明其良好的细胞相容性。溶血实验显示所有水凝胶的溶血率低于5%，满足血液相容性要求。 * 止血性能： 通过全血凝血时间和血凝指数（BCI）测定，评估了水凝胶的促凝血能力。LACS因其丰富的游离氨基促进红细胞聚集而表现出最快的凝血速度。随着交联度增加，LCOD的凝血能力略有下降，但仍显著优于空白对照。 * 体外抗炎与ROS清除： 在脂多糖（LPS）刺激的RAW 264.7巨噬细胞模型中，评估了负载Res的水凝胶（LCOD&Res）的抗炎效果。ELISA检测显示，LCOD&Res能显著抑制炎症因子TNF-α和IL-6的分泌，且呈剂量依赖性。同时，使用DCFH-DA荧光探针和流式细胞术证实，LCOD本身具有清除细胞内活性氧（ROS）的能力，而负载Res后该能力进一步增强。

5. 体内伤口愈合评价： * 动物模型建立： 建立小鼠全层皮肤缺损金黄色葡萄球菌感染创面模型。将KM小鼠随机分为对照组、LCOD水凝胶治疗组和LCOD&Res水凝胶治疗组。 * 愈合过程监测与组织学分析： 在治疗后第0、4、7、10、14天记录创面外观并计算愈合率。在第7天和第14天处死小鼠，取创面组织进行组织学分析。 * 实验方法： 使用苏木精-伊红（H&E）染色评估上皮再生、肉芽组织形成和炎症细胞浸润；马松三色（Masson‘s trichrome）染色评估胶原沉积；免疫组织化学染色检测炎症相关因子（TNF-α， IL-10）和血管生成标记物（CD31， VEGF）的表达水平，并进行半定量分析。

四、 主要研究结果

1. 材料与水凝胶构建成功： 成功合成了具有确定接枝率的LACS和不同氧化度的OCD。OCD成功扮演了双重角色：既是席夫碱交联剂，又是疏水药物Res的有效载体。成功构建了具有双网络结构的LCOD水凝胶，其微观结构、化学组成和交联机制均得到证实。

2. 可调谐的理化与机械性能： 通过调节OCD的添加量，可以精确调控水凝胶的初级网络交联密度，进而影响其凝胶时间、孔隙率、流变学行为、粘附强度和压缩模量。LCoD2被确定为性能均衡的最佳配方，兼具良好的可注射性、适中的凝胶时间、较强的组织粘附力和机械稳定性。

3. 智能的药物递送系统： 水凝胶表现出对pH的灵敏响应。在模拟感染创面的酸性环境中，席夫碱键快速断裂，导致水凝胶显著溶胀并加速释放包埋的Res。这种“按需释放”特性确保了药物在病灶部位的高效利用。

4. 优异的体外生物活性： LCOD水凝胶展现出强大的广谱抗菌活性、卓越的抗氧化能力、良好的血液相容性和细胞相容性。负载Res后，该系统在细胞层面表现出显著的抗炎和清除ROS的协同效应。

5. 显著的体内促愈合效果： * 创面闭合率： LCOD&Res治疗组在所有时间点均表现出最快的创面愈合速度。至第14天，其愈合率接近完全（98.08%），显著优于LCOD组（86.18%）和对照组（74.94%）。 * 组织学结果： H&E染色显示，LCOD&Res组在第7天炎症细胞浸润更少，肉芽组织形成更佳；第14天时，表皮再生完整、结构有序，并可见新生毛囊。Masson染色显示，LCOD&Res组的胶原沉积更早、更密集且排列更有序。 * 炎症与血管生成分析： 免疫组化结果显示，LCOD&Res组在第7天和第14天均能显著下调促炎因子TNF-α的表达，并上调抗炎因子IL-10的表达，有效调控了创面炎症微环境。同时，该组CD31和VEGF的表达水平最高，表明其具有最强的促血管生成能力，为组织修复提供了充足的营养和氧气支持。

五、 研究结论与价值

本研究成功开发了一种基于LACS和OCD的多功能可注射双网络水凝胶（LCOD），并将其作为负载白藜芦醇的智能递送系统，用于慢性感染创面的治疗。该研究的主要结论和价值体现在：

• 科学价值： 提出并验证了一种创新的双功能分子（OCD）设计策略，巧妙地解决了传统可注射水凝胶机械强度不足与疏水药物负载困难两大难题。系统阐明了通过调节席夫碱网络密度和引入光触发二硫键网络来协同调控水凝胶综合性能的机制，为设计下一代智能伤口敷料提供了重要的理论依据和方法学参考。
• 应用价值： 所开发的LCOD&Res水凝胶集成了多种临床所需的理想特性：易于注射填充不规则创面、可调机械性能以适应动态伤口、强组织粘附力、对感染微环境的智能药物释放、固有的强效抗菌抗氧化活性，以及出色的生物相容性。体内实验证实，该系统能通过多途径（抗炎、抗菌、抗氧化、促血管生成、促胶原合成）协同作用，显著加速慢性感染创面的愈合过程。这为临床治疗糖尿病足溃疡、烧伤感染等难愈性创面提供了一种具有广阔应用前景的新型治疗策略。

六、 研究亮点

1. 创新性的“一石二鸟”分子设计： 氧化环糊精（OCD）同时作为动态交联点和疏水药物载体，简化了制备流程，实现了疏水药物的直接高效负载，突破了传统载药水凝胶需要额外纳米载体的局限。
2. 性能可调的双网络协同机制： 通过可逆席夫碱网络实现可注射与自修复，通过紫外触发二硫键网络在注射后原位增强力学性能，这种分步交联策略实现了水凝胶性能（流动性/稳定性）在时间与空间上的精确调控。
3. 多重生物活性的高效集成： 材料本身（LACS中的α-LA）赋予水凝胶固有的强抗菌和抗氧化能力，无需添加外源抗生素，减少了耐药性风险；同时结合pH响应释放的天然抗炎药物Res，实现了抗菌、抗氧化、抗炎的协同治疗。
4. 完备的体内外验证体系： 从材料表征、理化性能到细胞、动物实验，研究构建了完整而严谨的证据链，特别是在体内模型中，通过多角度的组织学与免疫组化分析，深入揭示了该水凝胶系统促进愈合的分子与细胞机制。

七、 其他有价值的内容

研究还涉及了对水凝胶止血性能的评估，虽然这不是其主要治疗焦点，但结果显示其具有一定的促凝血能力，这有助于在创伤初期控制出血，符合理想伤口敷料的全周期管理理念。此外，作者声明在论文写作中使用了ChatGPT进行语言润色，但所有内容均经过作者审阅并承担责任，这反映了当前学术界对AI辅助工具使用的透明态度。