隨著生物醫(yī)學行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，人造皮膚的開發(fā)已作為創(chuàng)傷治療中的重要方向。理想的傷口愈合材料應具備一系列關鍵特性：包含優(yōu)良的生物相容性、快速止血能力、對各樣創(chuàng)傷形狀的適應性、強大的粘附力、足夠的機械強度和自愈能力，同期還應具備促進組織再生的生化特性以及術后的可生物降解性，從而避免二次手術。然而研發(fā)兼具這些性能的理想材料仍面臨巨大挑戰(zhàn)，尤其在人造皮膚的應用中。盡管傳統(tǒng)水凝膠材料在創(chuàng)傷愈合中展現(xiàn)出必定的潛能，但一般在注射性、粘附性和機械強度之間存在權衡，難以全面滿足臨床需要，因此呢探索新型的水凝膠人造皮膚材料及制備辦法已作為當前的科研熱點。

為處理這些問題，南京工業(yè)大學化工學院、材料化學工程國家重點實驗室陳蘇教授團隊設計了一種新型的可注射、可3D打印、粘附性強的PVA-GMA/OSA-PBA（PGOP）水凝膠人造皮膚。該水凝膠人造皮膚經(jīng)過逐步觸發(fā)的雙重可逆/不可逆共價鍵連接，展現(xiàn)出多種優(yōu)異性能，使其在組織工程和傷口愈合等行業(yè)有著廣闊的應用前景。PGOP水凝膠的設計基于兩種功能化聚合物：甲基丙烯酸縮水甘油酯修飾的聚乙烯醇（PVA-GMA）和3-氨基苯硼酸接枝的氧化海藻酸鈉（OSA-PBA）。經(jīng)過動態(tài)硼酸酯鍵做為可逆共價連接以及GMA雙鍵的光聚合反應做為不可逆共價交聯(lián)，科研人員成功制備出一種兼具良好注射性和3D打印性，同期持有高機械強度和優(yōu)良生物相容性的水凝膠人造皮膚。PGOP水凝膠人造皮膚表現(xiàn)出優(yōu)異的機械性能（拉伸強度為39.5 ± 2.3 kPa、在84.5 kPa應力下具備良好的彈性和韌性，并能承受80%的壓縮應變）、自愈能力和生物粘附性（對鮮嫩豬皮的粘附強度高達34.2 ± 2.7 kPa，明顯優(yōu)于商場纖維蛋白膠）。另外，PGOP水凝膠人造皮膚還表現(xiàn)出良好的抗菌性能、生物相容性和可降解性，能夠為創(chuàng)面愈合的過程中供給理想的環(huán)境支持，有效防止創(chuàng)面感染。

該科研的另一個重要創(chuàng)新在于PGOP水凝膠在3D打印中的應用。憑借PGOP水凝膠的優(yōu)異性能，科研團隊借助生物3D打印機（南京貝耳時代科技有限機構供給）成功打印出各樣形狀的3D結構，包含耳狀結構，從而驗證了其在個性化醫(yī)療中的應用潛能。PGOP水凝膠良好的剪切變稀行徑使其能夠在微流控系統(tǒng)中被精確掌控，并經(jīng)過3D打印構建出高形狀保真度和優(yōu)異機械性能的繁雜結構，為組織工程和再生醫(yī)學行業(yè)供給了新的處理方法。更為重要的是，科研團隊結合微流控濕法紡絲技術（微流控旋轉濕法紡絲機由南京捷納思新材料有限機構供給），制造出了以螺旋纖維為骨架的PGOP水凝膠人造皮膚材料。這種螺旋纖維骨架能夠有效分散外邊負荷，明顯加強了水凝膠皮膚的力學強度（抗拉強度為11.9 ± 0.8 MPa）和穩(wěn)定性，同期保持了其柔韌性，使其在組織工程等應用中展現(xiàn)出卓越的強度和耐用性。

隨著技術的持續(xù)進步，PGOP水凝膠人造皮膚有望作為醫(yī)療行業(yè)中一種重要的材料，推動個性化醫(yī)療和再生醫(yī)學的發(fā)展。微流控3D打印與微流控濕法紡絲技術為水凝膠基人造皮膚的可控構筑供給了簡便靈活的制備路線，將推動繁雜創(chuàng)傷和組織修復的發(fā)展。該科研成果于近期發(fā)布在國際重要刊物《Advanced Healthcare Materials》（DOI: 10.1002/adhm.202404683）上。標題為：“Robust 3D-Printable, Injectable and Adhesive Hydrogels with Stepwise-Triggered Dual Reversible/Irreversible Covalent Linkages for Wound Healing”。南京工業(yè)大學化工學院、材料化學工程國家重點實驗室陳蘇教授與王彩鳳教授為一起通訊。南京工業(yè)大學博士科研生李府赪為第1作者。該課題得到了國家自然科學基金重點項目、國家重點開發(fā)計劃、江蘇省高校優(yōu)良學科建設工程、材料化學工程國家重點實驗室等基金的幫助和支持。

圖1. 生物3D打印機（南京貝耳時代科技有限機構研制）

圖2. 微流控旋轉濕法紡絲機：可實現(xiàn)微流控紡絲、旋轉紡絲和濕法紡絲（南京捷納思新材料有限機構研制）

圖3. PGOP水凝膠人造皮膚在小鼠肝臟急救止血與皮膚創(chuàng)面愈合中的示意圖：a) PGOP水凝膠的制備示意圖；b) PGOP預凝膠擁有可注射性，光聚合后形成的PGOP水凝膠展現(xiàn)出優(yōu)異的粘附性和機械強度（左），經(jīng)過微流控技術制備凝膠微球（中），以及將PGOP預凝膠做為3D打印墨水，利用微流控3D打印技術制備出多種形狀的分級結構（右）；c) PGOP水凝膠人造皮膚在肝臟止血與創(chuàng)面愈合中的應用。

圖4. PGOP水凝膠人造皮膚的機械性能：a) 采用區(qū)別質量比制備的水凝膠應力-應變曲線；b) 水凝膠的溶脹曲線；c) 水凝膠的降解曲線；d) 水凝膠光固化前后儲能模量（G）和損耗模量（G"）的變化；e) 交替應變掃描模式下水凝膠光固化前的流變曲線；f) 交替應變掃描模式下水凝膠光固化后的流變曲線；g) 水凝膠自愈合10分鐘、20分鐘和30分鐘后的應力-應變曲線；h) 水凝膠在區(qū)別時間點的自愈合效率；i) 水凝膠在三個加載-卸載循環(huán)下的應力-應變曲線；j) 水凝膠樣品的壓縮過程及釋放后的照片。

圖5. PGOP水凝膠人造皮膚的粘附性能：a) 對各樣材料、手指及豬腎的粘附狀況；b) 搭接剪切實驗的示意圖；c) 由PGOP水凝膠粘附的豬皮可吊起200 g的重物；d) PGOP水凝膠在PBS中浸泡48小時后在豬皮上的粘附實驗；e) PGOP水凝膠在豬皮上光固化前后的粘附強度-應變曲線；f) PGOP水凝膠與皮膚組織之間粘附機理的示意圖。

圖6. PGOP水凝膠在3D打印中的應用：a) 運用PGOP水凝膠做為3D打印墨水的3D打印過程示意圖；b) 運用PGOP水凝膠3D打印的區(qū)別形狀的照片；c) 運用PGOP水凝膠3D打印的耳狀結構；d) 耳狀結構的彎曲和扭轉照片；e) 3D打印傾斜水凝膠圓柱的最大高度與傾斜方向的關系圖。圖7. 水凝膠的抗菌性與生物相容性測試：a) 金黃色葡萄球菌和大腸桿菌在瓊脂平板上培養(yǎng)12小時后的菌落圖像；b) 控制效率的定量分析；c - e) NIH 3T3小鼠成纖維細胞培養(yǎng)5天后的活/死細胞染色熒光顯微照片；f) NIH 3T3小鼠成纖維細胞在培養(yǎng)1、3和5天后的細胞活力定量圖。圖8. PGOP水凝膠人造皮膚在小鼠肝臟止血中的應用：a) 小鼠肝臟手術過程中止血的示意圖；b) 小鼠肝臟在1分鐘內(nèi)止血的照片；c) 區(qū)別處理要求下的小鼠肝臟流血量；d) 小鼠肝臟在劃傷、刺傷和擠壓損傷恢復前后的表率性組織學圖像。圖9. PGOP水凝膠人造皮膚在小鼠皮膚創(chuàng)面愈合中的應用：a) 創(chuàng)面愈合過程的示意圖；b) 區(qū)別要求處理后創(chuàng)面隨時間變化的照片；c) 創(chuàng)面愈合面積的相對變化圖示；d) 四組創(chuàng)面閉合率與時間的定量分析；e) 表率性H&E染色的圖像。橙色箭頭：炎癥細胞；紅色箭頭：新生血管；藍色箭頭：成纖維細胞；f) 新形成表皮厚度的定量分析。圖10. 皮膚組織學染色分析：a) IL-6免疫組化染色圖像；b) CD31免疫熒光染色圖像；c) α-SMA免疫熒光染色圖像；d) Masson染色圖像；e) 血管密度的定量分析；f) 膠原蛋白沉積的定量分析。

源自：高分子科學前沿