水凝胶伤口敷料：从单一功能到智能化发展
水凝胶伤口敷料：从单一功能到智能化发展
水凝胶作为一种新型材料，在伤口敷料领域展现出巨大的应用潜力。从简单的物理覆盖到多功能复合，再到智能化发展，水凝胶敷料正逐步改变着传统的伤口处理方式。本文将为您详细介绍水凝胶敷料在伤口愈合过程中的重要作用及其最新研究进展。
皮肤修复过程及其评价
皮肤由表皮层和真皮层组成。表皮层与外界直接接触，主要包含角质形成细胞层和生发层，具有阻止组织液外流、抗摩擦、抗感染等作用。真皮层则由致密的结缔组织构成，包括乳头层和网状层。乳头层富含毛细血管、淋巴管、神经末梢和触觉小体等感受器，而网状层则富含胶原纤维、弹性纤维和网状纤维，为皮肤提供机械强度。
皮肤伤口的修复过程可分为四个阶段：
- 止血过程：创伤后几分钟内，血小板聚集和纤维蛋白凝块形成以实现止血。
- 炎症过程：中性粒细胞、单核细胞等炎症细胞被募集到伤口部位，在受伤后24至48小时内达到峰值。
- 增殖过程：成纤维细胞和角质细胞形成肉芽组织，同时缺损组织周围的基底细胞增生并移行至创面形成新的上皮细胞。胶原蛋白（主要是Ⅲ型胶原蛋白）的生成量大于分解量，诱导胶原蛋白沉积。
- 重塑阶段：当胶原蛋白的生成与分解趋于平衡时，新生组织的强度增加，毛细血管数量减少，部分皮肤附属物可能再生。
皮肤修复的评价参数主要包括愈合率、炎症相关的细胞因子、肉芽组织形成情况、胶原蛋白再生厚度以及血管再生如血管内皮生长因子（VEGF）的表达等。
皮肤修复的四个阶段
抗菌水凝胶敷料
抗菌型水凝胶敷料是研究热点之一。其主要通过在水凝胶中负载抗生素、银等具备抗菌功效的金属纳米粒子等药物来实现抗菌作用。例如，Ag-Au NPs复合壳聚糖基水凝胶、基于N-羧乙基壳聚糖的席夫碱水凝胶、载环丙沙星的PDA纳米粒子水凝胶以及阳离子短肽氨基酸衍生的假蛋白基水凝胶等。
自修复水凝胶敷料
自修复水凝胶是指基于动态化学策略制备的，能够在断裂后重新恢复原来形状的水凝胶。根据修复机制可分为物理自修复和化学自修复水凝胶。物理自修复水凝胶通过分子间非共价相互作用重建网络，而化学自修复水凝胶则通过动态共价键形成重建网络，包括苯硼酸酯、二硫键、亚胺、酰腙等。目前，席夫碱（亚胺）结构在自修复水凝胶伤口敷料中应用较多。
响应释放水凝胶敷料
刺激响应性水凝胶通过对外界环境（如温度、pH、光）产生响应，从而改变负载药物释放速率。温敏性水凝胶主要基于材料的临界溶解温度（LCST）变化，如聚（N-异丙基丙烯酰胺）（NIPAM）单体的LCST约为32°C。pH响应性水凝胶则利用伤口愈合过程中pH值的变化来控制药物释放，但针对碱性慢性伤口的特异性释放系统仍然较少。
伤口监测水凝胶敷料
伤口监测是实现智能化伤口管理的关键。目前主要的监测方法包括：
- pH显色监测：通过在水凝胶中掺杂pH响应的变色介孔树脂珠来监测伤口pH。
- 温度传感器监测：通过集成温度传感器和紫外线发光二极管来监测伤口温度并按需释放抗生素。
- 酶催化显色反应监测：通过酶催化的显色反应来监测伤口状态，如pH值和葡萄糖水平。
展望与挑战
水凝胶敷料在伤口愈合领域展现出巨大潜力，但仍面临一些挑战：
- 细菌耐药问题：抗菌敷料需要持续关注细菌耐药性的发展。
- 自修复问题：水凝胶在日常使用中容易开裂，自修复能力有待提高。
- 伤口监测：需要开发更精准的监测系统，实现药物的响应性释放。
- 模式动物选择：现有模式动物（如小鼠、大鼠）的皮肤愈合过程与人体存在差异，需要开发更合适的模式动物。
随着研究的深入，水凝胶敷料有望在伤口愈合领域发挥更大的作用，为患者带来更好的治疗效果。