关节伤口敷料新突破：链缠结PEG可注射水凝胶，让伤口敷料不再“一贴上就掉”

肘部擦伤、膝盖磕碰、颈部手术后——这些部位最让人头疼的，往往不是伤口本身，而是敷料总在活动时开裂、脱落：一弯手臂就翘边，一转头就移位。伤口反复暴露，感染风险随之上升。可注射水凝胶凭借其优异的亲水性和生物相容性，相较于传统敷料，可以更好地贴合创面。但在反复、大幅、激烈的外力作用及形变下，仍无法达到在保持可注射性和强组织黏附性的同时，具备高韧性、低滞后和抗疲劳能力，从而适应关节皮肤的持续运动。

  常见增韧方式为引入纳米填料和引入可逆键，然而，这两种方式也各有其弊端：前者可能存在生物安全及不可逆损伤问题，后者则因为较高的滞后效应可能导致机械强度下降。因此，如何让一种敷料同时兼顾高韧性、高抗疲劳性、低滞后性与强组织黏附性，成为关节皮肤创面敷料的关键难题。

  针对这一问题，华东理工大学等团队在《Composites Part B: Engineering》发表研究论文，提出一种以链缠结为核心的LZM/PEG可注射水凝胶黏合剂。该研究利用经琥珀酰亚胺碳酸

酯（SC）端基功能化的高分子量PEG(SC-PEG-SC)柔性链，与LZM中的氨基和SC-PEG-SC活性酯之间发生酰胺化交联，同时高分子量PEG长链之间发生物理链缠结——最终得到一个“化学交联+物理缠结”耦合的双交联水凝胶网络，使材料同时具备强组织黏附性、高韧性、高抗疲劳性和低滞后性，并在大鼠颈部全层皮肤缺损模型中验证了促进活动部位伤口修复的潜力。

“链缠结+酰胺化交联”，构建可原位成胶的双交联网络

研究人员将SC-PEG-SC溶液与LZM溶液1;1体积比混合：SC-PEG-SC的活性酯与LZM的氨基发生酰胺化反应，形成“化学交联”；与此同时，高分子量SC-PEG-SC长链彼此链缠结，形成“物理缠结”，最终制备出形状可调配、可注射使用的LZM/PEG水凝胶。

   该水凝胶内部为均一、相互连通的大孔结构，有助于吸收创面渗出并维持湿润环境。FTIR结果显示，成胶后SC-PEG-SC中N-羟基琥珀酰亚胺活性酯的C=O伸缩振动峰（1735 cm⁻¹）消失，在1525 cm⁻¹处出现归属于酰胺N–H弯曲振动的新峰，表明发生了酰胺化反应。成胶时间可以通过pH值调控：pH值从7.5升高至8.7，凝胶化时间从357.5±3.54秒缩短至42.5±3.54秒。研究选择6分钟的成胶时间，以兼顾充足制备时间和长链充分缠结。

跨越临界缠结分子量，水凝胶韧性飙升675倍

  为验证链缠结效应，研究人员比对了不同分子量的PEG。在30%（w/v）浓度下，PEG溶液的零剪切黏度（η₀）与PEG分子量（Mw）呈幂律关系：当PEG的分子量处于6-10 kDa范围时，幂律指数v值从0.25增加至3.7，这证明PEG的链缠结效应在约6 kDa附近开始出现；当分子量达到6–10 kDa时，体系表现出明显的缠结特征。当PEG的分子量超过10 kDa时，LZM/PEG水凝胶的拉伸性能显著改善。

  随着分子量从5 kDa增加到40 kDa，水凝胶的断裂伸长率从138%增至3763%，韧性从0.009 MJ/m3增至6.078 MJ/m3（提升约675倍），最大拉伸应力从12.2 kPa增至276.2 kPa（提升约23倍）。链缠结有助于将外部应力传递至相邻聚合物链，从而提高材料在外力作用下的延展性和承载能力。综合考虑力学性能和溶液流动性后，研究选择SC-PEG-SC-20k作为代表配方材料。

   LZM/PEG-20k在95%的压缩应变下（相当于被压到只剩5%的高度）也能恢复其原始形状，而LZM/PEG-5k则会塌陷，这说明了链缠结在抗变形能力中提供了关键支撑作用。

50次循环后仍低滞后，适配关节反复形变

  活动创面敷料除了充足的延展性，还要在反复形变中有足够的抗疲劳性。LZM/PEG-20k在50次加载-卸载拉伸后，应力-应变曲线仍基本重合，表明其优秀的抗疲劳性及低滞后性。在循环压缩过程中，前5个循环由于较弱的内部结构断裂导致应力显著下降，但后续循环中应力几乎稳定：五角星在拉伸后可在1秒内恢复至原始形状。这表明具有链缠结结构的水凝胶更适合频繁活动的关节皮肤创面。

拓扑缠结与共价连接协同，实现牢固组织黏附

  从组织界面，长链PEG能够渗透至基底并与基质网络形成时间依赖性的拓扑缠结；同时，活性酯与组织暴露氨基形成共价键，二者协同，形成高黏附能力的材料。

  通过拉伸剪切黏附测试发现，LZM/PEG-20k的黏附强度随成胶时间从45秒延长至360秒，由18.3 kPa显著提升至30.7 kPa，而LZM/PEG-5k的黏附强度则无明显变化。LZM/PEG-20k还可黏附砂纸、玻璃、聚四氟乙烯等不同基底，且随基底表面粗糙程度的增加而增强，进一步表明其拓扑缠结和机械互锁作用；对肺、肾、肠、心、肝和脾等多种组织也有广泛黏附能力。

从溶菌酶拓展到胶原多肽，验证增韧策略的通用性

  为验证该设计不仅局限于LZM，研究将LZM更换为具有可参与酰胺化反应的氨基基团的重组胶原多肽(Col)与SC-PEG-SC进行酰胺化反应。所得Col/PEG-20k同样可以黏附于手指表面并适应弯曲变形，在拉伸、压缩和循环压缩测试中均明显优于Col/PEG-5k。

  该研究证明，“高分子PEG长链缠结强化”是一种可迁移至其他含氨基生物大分子体系的材料设计方法。

良好细胞相容性支持生物医用应用

  优异的生物相容性是生物医用材料的重要前提。为评估水凝胶的生物相容性，在细胞实验中，研究以LZM/PEG-20k和Col/PEG-20k水凝胶浸提液与L929成纤维细胞和C2C12小鼠成肌细胞共培养24小时和48小时，细胞形态与对照组未见显著差异，相对存活率均高于100%；随着培养时间延长，活/死染色中几乎所有细胞显示绿色荧光。体外结果支持材料具有较好的细胞相容性。

活体验证：大鼠颈部伤口7天愈合率达75%

研究建立大鼠颈部10mm直径的全层皮肤损伤模型，用于评估材料在治疗关节皮肤伤口中的效果。该部位会随动物活动发生拉伸、扭转和挤压，用于模拟活动部位创面所经历的复杂机械环境。注射透明LZM/PEG-20k和Col/PEG-20k水凝胶后，能够贴合创面轮廓并随运动变形，也便于观察创面。

7天治疗后，两种水凝胶处理组的创面愈合率约为75%，高于对照组的66%。14天治疗后，水凝胶处理组表现出较轻的炎性细胞浸润，并实现完全上皮化，并出现新生血管和毛囊；对照组虽形成完整上皮结构，但几乎未见皮肤附属结构。Masson染色显示，与对照组相比，两种水凝胶处理组的胶原沉积更加丰富且分布更均匀。

“化学交联+物理缠结”:为活动部位创面敷料提供新范式

  总体而言，该研究通过“活性酯/氨基化学交联+长链PEG物理缠结”构建了双交联水凝胶网络，较好地统一了注射成形、高韧性、低滞后性、高耐疲劳性和高组织黏附等需求。该材料经证实，能够适应关节区域创面的频繁形变，并在动态动物创面中表现出促进修复潜力，为活动部位创面敷料提供新范式。

赛诺邦格：PEG原料助力高性能水凝胶构建

  值得一提的是，这项研究的关键原料——不同分子量的NHS-PEG-NHS（SC-PEG-SC，5、10、20和40 kDa，Mw/Mn=1.03）由厦门赛诺邦格生物科技股份有限公司提供，凭借高纯度、结构均一、性能稳定的优势，为LZM/PEG-20k和Col/PEG-20k水凝胶的研发与突破提供了关键原料支撑。

赛诺邦格提供的多臂聚乙二醇衍生物有四臂、六臂和八臂产品，包括其它一些特殊结构的聚乙二醇产品，都可用于交联成可降解聚乙二醇水凝胶。聚乙二醇水凝胶在医疗器械和再生医学中有着广泛的应用，特别是在药物释放和伤口愈合方面。

未来，赛诺邦格将继续深耕PEG衍生物合成，为水凝胶等先进生物材料研究提供稳定、可靠的原料支持，与科研人员共同探索先进生物材料在生物医药等领域的更多可能。

文献来源：

[1] WANG K, ZHANG Y, CHEN T, et al. Chain entanglement-driven tough, fatigue-resistant PEG-based injectable hydrogel adhesive for joint skin wound healing[J]. Composites Part B: Engineering, 2023, 266: 110991. DOI:10.1016/j.compositesb.2023.110991.