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保圣質(zhì)構(gòu)儀助力西北大學(xué)偉明教授團(tuán)隊在國際期刊上發(fā)表相關(guān)文章
一、研究背景
隨著患糖尿病人數(shù)逐年上升，對糖尿病所引起的相關(guān)并發(fā)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(dǎo)致嚴(yán)重的糖尿病性傷口，這些傷口通常伴隨細(xì)胞功能障礙、持續(xù)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(huán)境被認(rèn)為是愈合受阻的主要原因。
為了解決這些問題，xue weiming教授團(tuán)隊在《International Journal of Biological Macromolecules》期刊（IF=8.2）上發(fā)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(jìn)一步討論了水凝膠敷料作為一種新型敷料，具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，能夠顯著改善傳統(tǒng)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(qiáng)調(diào)了對天然聚合物進(jìn)行化學(xué)修飾以提高水凝膠性能的有效策略。文章還詳細(xì)介紹了雙網(wǎng)絡(luò)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(qiáng)調(diào)了雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠在創(chuàng)傷愈合領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景。
二、實驗方法
1.雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠的制備
圖1 雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠制備機(jī)理示意圖
文章通過制備GelGMA，OSA再合成GelGMA-OSA雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠。將GelGMA和OSA制備完成后，將1克光引發(fā)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(zhuǎn)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(jìn)行20分鐘的席夫堿反應(yīng)，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(zhǔn)備具有良好抗菌能力用于傷口愈合的GelGMA-OSA雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠的總體制備和步驟如圖1所示。
2.雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠的力學(xué)測量
復(fù)合水凝膠的壓縮性能通過質(zhì)構(gòu)儀（TA.XTC-18，上海保圣）以1mm/s的恒定速率進(jìn)行測試，直至60%的應(yīng)變。將1毫升GelGMA-OSA預(yù)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(yīng)變-應(yīng)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(jié)果
1.雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠的壓縮性能結(jié)果分析
圖2（a）壓縮模量測試程序；（b）不同席夫堿反應(yīng)時間下GelGMA-OSA的壓縮力/應(yīng)變曲線；（c） GelGMA和GelGMA-OSA的壓縮力/應(yīng)變曲線；（d）不同GMA含量下GelGMA-OSA的壓縮力/應(yīng)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(biāo)。在使用過程中，創(chuàng)面敷料將經(jīng)歷擠壓、摩擦等行為；因此，具備一定的機(jī)械強(qiáng)度是不能少的。標(biāo)準(zhǔn)的壓縮實驗可用來評估GelGMA-OSA的機(jī)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(jī)械探頭感知水凝膠的應(yīng)力，當(dāng)水凝膠達(dá)到50%應(yīng)變時，開始返回原始高度。圖2b說明了在不同席夫堿反應(yīng)時間下最大應(yīng)力的變化。水凝膠的最大應(yīng)力在25分鐘內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，這表明席夫堿反應(yīng)已完成。根據(jù)分析結(jié)果圖2c，相較于其他單網(wǎng)絡(luò)水凝膠和5%的GelGMA-OSA 1，GelGMA-OSA 2具有最佳的機(jī)械性能，表現(xiàn)出優(yōu)異的彈性。
根據(jù)圖2d，當(dāng)修飾劑（GMA）濃度為40毫克/毫升時，GelGMA-OSA水凝膠表現(xiàn)出最佳的機(jī)械性能。隨著GMA劑量的增加，明膠的取代度增加，通過光交聯(lián)成功形成和構(gòu)建了加強(qiáng)的第二網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)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(dāng)取代度增加到一定程度時，機(jī)械強(qiáng)度會降低。這是因為GMA劑量的增加導(dǎo)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(dǎo)了機(jī)械性能的增加。當(dāng)GMA劑量范圍從40至60毫克/毫升時，明膠中的氨基團(tuán)顯著減少，導(dǎo)致與OSA中的醛基反應(yīng)程度降低，由席夫堿反應(yīng)形成的共價鍵較弱，從而導(dǎo)致機(jī)械強(qiáng)度下降。因此，增加凝膠的成分，改變反應(yīng)時間和修飾劑的濃度對凝膠的機(jī)械性能具有積極影響。