一、研究背景

随着患糖尿病人数逐年上升，对糖尿病所引起的相关并发症的研究逐步成为热点话题。糖尿病通常会因慢性高血糖而导致严重的糖尿病性伤口，这些伤口通常伴随细胞功能障碍、持续性炎症和血管生成不足等症状。糖尿病性伤口长期的炎症微环境被认为是愈合受阻的主要原因。

为了解决这些问题，xue weiming教授团队在《International Journal of Biological Macromolecules》期刊（IF=8.2）上发表了题目为“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），文章进一步讨论了水凝胶敷料作为一种新型敷料，具有三维网络结构，能够显著改善传统敷料对炎症和增生症状的治疗效果不足的问题。作者介绍了水凝胶敷料的制备方法，特别强调了对天然聚合物进行化学修饰以提高水凝胶性能的有效策略。文章还详细介绍了双网络水凝胶的制备过程，包括庆大霉素硫酸盐的添加以及水凝胶的药物缓释性能。最后，文章强调了双网络水凝胶在创伤愈合领域的广阔应用前景。

二、实验方法

1.双网络水凝胶的制备

图1 双网络水凝胶制备机理示意图

文章通过制备GelGMA，OSA再合成GelGMA-OSA双网络水凝胶。将GelGMA和OSA制备完成后，将1克光引发剂2959溶解在200毫升去离子水中，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，随后在0.5毫升NaHCO3溶液中加入0.5克OSA。将OSA溶液转移到上述混合溶液中，搅拌10分钟，然后将混合溶液加入透明圆柱模具中，进行20分钟的席夫碱反应，并在室温下用功率为10瓦的365纳米紫外灯下照射1分钟。即可制备出GelGMA-OSA。准备具有良好抗菌能力用于伤口愈合的GelGMA-OSA双网络水凝胶的总体制备和步骤如图1所示。

2.双网络水凝胶的力学测量

复合水凝胶的压缩性能通过质构仪（TA.XTC-18，上海保圣）以1mm/s的恒定速率进行测试，直至60%的应变。将1毫升GelGMA-OSA预聚物溶液注入空心圆柱体中，并暴露于365纳米紫外光下照射1分钟。利用应变-应力曲线的前百分之十斜率来计算水凝胶的压缩模量。

三、实验结果

1.双网络水凝胶的压缩性能结果分析

图2（a）压缩模量测试程序；（b）不同席夫碱反应时间下GelGMA-OSA的压缩力/应变曲线；（c） GelGMA和GelGMA-OSA的压缩力/应变曲线；（d）不同GMA含量下GelGMA-OSA的压缩力/应变曲线；（e） GelGMA-OSA水凝胶的压缩模量随GMA用量的变化；GelGMA-OSA 1指的是5% (w/v)的GelGMA；GelGMA-OSA 2指的是10% (w/v)的GelGMA，以此类推。

在水凝胶的研究中，压缩性能是重要指标。在使用过程中，创面敷料将经历挤压、摩擦等行为；因此，具备一定的机械强度是不能少的。标准的压缩实验可用来评估GelGMA-OSA的机械性能，如图2所示。此外，图2a展示了压缩模量的测试过程。通过以恒定速度0.5毫米/秒移动的机械探头感知水凝胶的应力，当水凝胶达到50%应变时，开始返回原始高度。图2b说明了在不同席夫碱反应时间下最大应力的变化。水凝胶的最大应力在25分钟内达到稳定状态，这表明席夫碱反应已完成。根据分析结果图2c，相较于其他单网络水凝胶和5%的GelGMA-OSA 1，GelGMA-OSA 2具有最佳的机械性能，表现出优异的弹性。

根据图2d，当修饰剂（GMA）浓度为40毫克/毫升时，GelGMA-OSA水凝胶表现出最佳的机械性能。随着GMA剂量的增加，明胶的取代度增加，通过光交联成功形成和构建了加强的第二网络，导致了最大11.805 ± 0.805 kPa的压缩模量的增加（图2e），表明GelGMA-OSA具有良好的弹性。当取代度增加到一定程度时，机械强度会降低。这是因为GMA剂量的增加导致了明胶中氨基修饰和双键含量的增加。双键的自由基聚合主导了机械性能的增加。当GMA剂量范围从40至60毫克/毫升时，明胶中的氨基团显著减少，导致与OSA中的醛基反应程度降低，由席夫碱反应形成的共价键较弱，从而导致机械强度下降。因此，增加凝胶的成分，改变反应时间和修饰剂的浓度对凝胶的机械性能具有积极影响。