保圣質構儀助力西北大學偉明教授團隊在國際期刊上發表相關文章

一、研究背景

隨著患糖尿病人數逐年上升，對糖尿病所引起的相關并發癥的研究逐步成為熱點話題。糖尿病通常會因慢性高血糖而導致嚴重的糖尿病性傷口，這些傷口通常伴隨細胞功能障礙、持續性炎癥和血管生成不足等癥狀。糖尿病性傷口長期的炎癥微環境被認為是愈合受阻的主要原因。

為了解決這些問題，xue weiming教授團隊在《International Journal of Biological Macromolecules》期刊（IF=8.2）上發表了題目為“Photo-crosslinked enhanced double-network hydrogels based on modified elatin and oxidized sodium alginate for diabetic wound healing"的文章（DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2023.125528），文章進一步討論了水凝膠敷料作為一種新型敷料，具有三維網絡結構，能夠顯著改善傳統敷料對炎癥和增生癥狀的治療效果不足的問題。作者介紹了水凝膠敷料的制備方法，特別強調了對天然聚合物進行化學修飾以提高水凝膠性能的有效策略。文章還詳細介紹了雙網絡水凝膠的制備過程，包括慶大霉素硫酸鹽的添加以及水凝膠的藥物緩釋性能。最后，文章強調了雙網絡水凝膠在創傷愈合領域的廣闊應用前景。

二、實驗方法

1.雙網絡水凝膠的制備

圖1 雙網絡水凝膠制備機理示意圖

文章通過制備GelGMA，OSA再合成GelGMA-OSA雙網絡水凝膠。將GelGMA和OSA制備完成后，將1克光引發劑2959溶解在200毫升去離子水中，形成0.5%的I 2959溶液。然后在0.5毫升0.5%的I 2959溶液中加入0.075克GelGMA和1毫克GS，隨后在0.5毫升NaHCO3溶液中加入0.5克OSA。將OSA溶液轉移到上述混合溶液中，攪拌10分鐘，然后將混合溶液加入透明圓柱模具中，進行20分鐘的席夫堿反應，并在室溫下用功率為10瓦的365納米紫外燈下照射1分鐘。即可制備出GelGMA-OSA。準備具有良好抗菌能力用于傷口愈合的GelGMA-OSA雙網絡水凝膠的總體制備和步驟如圖1所示。

2.雙網絡水凝膠的力學測量

復合水凝膠的壓縮性能通過質構儀（TA.XTC-18，上海保圣）以1mm/s的恒定速率進行測試，直至60%的應變。將1毫升GelGMA-OSA預聚物溶液注入空心圓柱體中，并暴露于365納米紫外光下照射1分鐘。利用應變-應力曲線的前百分之十斜率來計算水凝膠的壓縮模量。

三、實驗結果

1.雙網絡水凝膠的壓縮性能結果分析

圖2（a）壓縮模量測試程序；（b）不同席夫堿反應時間下GelGMA-OSA的壓縮力/應變曲線；（c） GelGMA和GelGMA-OSA的壓縮力/應變曲線；（d）不同GMA含量下GelGMA-OSA的壓縮力/應變曲線；（e） GelGMA-OSA水凝膠的壓縮模量隨GMA用量的變化；GelGMA-OSA 1指的是5% (w/v)的GelGMA；GelGMA-OSA 2指的是10% (w/v)的GelGMA，以此類推。

在水凝膠的研究中，壓縮性能是重要指標。在使用過程中，創面敷料將經歷擠壓、摩擦等行為；因此，具備一定的機械強度是不能少的。標準的壓縮實驗可用來評估GelGMA-OSA的機械性能，如圖2所示。此外，圖2a展示了壓縮模量的測試過程。通過以恒定速度0.5毫米/秒移動的機械探頭感知水凝膠的應力，當水凝膠達到50%應變時，開始返回原始高度。圖2b說明了在不同席夫堿反應時間下最大應力的變化。水凝膠的最大應力在25分鐘內達到穩定狀態，這表明席夫堿反應已完成。根據分析結果圖2c，相較于其他單網絡水凝膠和5%的GelGMA-OSA 1，GelGMA-OSA 2具有最佳的機械性能，表現出優異的彈性。

根據圖2d，當修飾劑（GMA）濃度為40毫克/毫升時，GelGMA-OSA水凝膠表現出最佳的機械性能。隨著GMA劑量的增加，明膠的取代度增加，通過光交聯成功形成和構建了加強的第二網絡，導致了最大11.805 ± 0.805 kPa的壓縮模量的增加（圖2e），表明GelGMA-OSA具有良好的彈性。當取代度增加到一定程度時，機械強度會降低。這是因為GMA劑量的增加導致了明膠中氨基修飾和雙鍵含量的增加。雙鍵的自由基聚合主導了機械性能的增加。當GMA劑量范圍從40至60毫克/毫升時，明膠中的氨基團顯著減少，導致與OSA中的醛基反應程度降低，由席夫堿反應形成的共價鍵較弱，從而導致機械強度下降。因此，增加凝膠的成分，改變反應時間和修飾劑的濃度對凝膠的機械性能具有積極影響。