针对上述问题，北京化工大学徐福建教授团队，提出了一种基于原位光固化的创新水凝胶系统。水凝胶前体由海藻酸钠和钙离子网络组成，在固化前能够粘附在牙周组织的不规则和光滑表面上。在光照射下，第二网络快速聚合，与组织建立多重相互作用，增强粘附强度。得益于这种工程策略，该水凝胶表现出较低的膨胀率，有效减轻了在潮湿口腔环境中的粘附损失。此外，该水凝胶展现出优异的持久湿粘附性，能在牙周组织中维持120小时以上。它还可以作为抵抗细菌侵袭的有效物理屏障，达到99.9%的阻隔效率。这种新颖的设计理念为开发先进的牙周炎医用敷料提供了一种有前景的方法，可以提供持续的治疗效果。该文章于2024年11月24日以“Adaptable Hydrogel with Strong Adhesion of Wet Tissue for Long-Term Protection of Periodontitis Wound”为题发表在《Advanced Materials 》上（DOI：10.1002/adma.202413373）。

（1）针对牙周创伤长期保护的水凝胶设计

为解决当前牙周炎治疗中的临床问题，该研究设计了一种原位光固化水凝胶，以实现与牙周创面最佳贴合和牢固结合。如图1所示，该水凝胶分两步制备：首先，通过混合NAGA（N-(2-氨基-2-氧乙基)丙烯酰胺）、AANHS（丙烯酸N-琥珀酰亚胺酯）、I1173光引发剂、SA（海藻酸钠）和Ca²⁺，利用SA与Ca²⁺之间的离子相互作用制备单网络预凝胶PSC。该PSC水凝胶具有良好的注射性，可有效附着于目标区域并填充不规则创面形状。随后，在中紫外光照射下，光引发剂I1173被激活产生自由基，进一步引发NAGA和AANHS的快速光聚合，形成稳定的双交联HSC水凝胶。

（2）前驱体和水凝胶的物理化学性质

该研究制备了三种前驱体，命名为P0、PS（含SA）和PSC（含SA和Ca²⁺）。通过管倒置实验评估其稳定性，P0和PS流动迅速，而PSC保持静止，表明HSC形成了可维持完整性的预凝胶（图2a）。使用流变仪测量前驱体的粘度，随着SA和Ca²⁺的加入，粘度逐渐增加，且PSC表现出剪切稀化特性（图2b）。PSC具有良好的可注射性，能够形成“BUCT”形状，并适应不规则创伤形状（图2c、d）。UV照射后分别制备了三种水凝胶（H0、HS、HSC）。使用光学流变仪监测PSC的凝胶化过程。光照后，储存模量（G'）和损耗模量（G''）均显著增加，达到流变平台，表明双网络显著增强了水凝胶的机械性能（图2e）。水凝胶的光固化时间为2分钟。流变学测试显示水凝胶在1–100 rad s⁻¹范围内表现固态行为，G'值与频率无关，表明其具有稳定的网络结构（图2f）。单轴拉伸测试结果表明，HSC具有最高的拉伸强度（205.70 ± 6.88 kPa）、断裂伸长率（245.69 ± 11.37%）和韧性（389.74 ± 23.77 kJ m⁻³）（图2g–i）。此外，H0、HS和HSC的溶胀率均低于100%，并在12小时后趋于稳定，HSC的溶胀率最低，这归因于SA和Ca²⁺网络的作用（图2j）。

（3）水凝胶的粘附性能

该研究通过原位凝胶化方法使水凝胶附着于组织表面（以猪皮为例），并通过剪切粘附力测试评估其强度（ASTM F2255标准）。H0、HS和HSC水凝胶的剪切强度先下降后回升（图3b），HSC接近H0的剪切强度（183.60 ± 16.43 kPa），归因于Ca²⁺的引入恢复了粘附强度。为进一步了解HSC的强粘附机制，该研究考察了AANHS对粘附的贡献。没有AANHS的HSC（HSC0A）粘附强度较低（74.89 ± 10.87 kPa），表明AANHS与组织氨基反应形成稳定酰胺键，增强了粘附（图3b）。同时，表面处理（碳酸氢钠和醋酸）后粘附强度下降（图3c），表明表面功能团的重要性。微观结构分析显示水凝胶与组织紧密结合，形成机械嵌合结构（图3d）。与其他光固化水凝胶相比，HSC具有更强的剪切粘附力和拉伸强度（图3e）。在180°剥离实验（ASTM F2256）和拉伸实验（ASTM F2258）中，HSC的剥离粘附能和垂直拉伸粘附强度分别为1293.42 ± 58.96 J m⁻²和224.13 ± 9.49 kPa（图3f）。此外，HSC在胃组织上的剪切粘附强度为316.37 ± 11.94 kPa，在牙龈组织上的剪切粘附强度为275.62 ± 44.97 kPa，显示出良好的体内应用前景。爆破压力测试表明，HSC水凝胶在猪皮、小肠和胃组织上的爆破压力分别为221.40 ± 31.81 kPa、36.23 ± 1.79 kPa和73.83 ± 24.87 kPa，高于正常人类血压（16 kPa）和最大腹部压力（20 kPa），显示出强大的密封性能和稳定性。在潮湿环境下，HSC仍能保持强粘附性，即使在界面存在水时也不脱落，表现出良好的抗扭曲和弯曲变形能力（图3h）。尽管湿态粘附强度有所下降，但仍保持在100 kPa以上。

图3 水凝胶的粘附性能。（a）水凝胶与组织剪切粘附力测试示意图。（b）H0、HS和HSC水凝胶与猪皮的剪切强度。（c）猪皮表面处理前后HSC的剪切强度。（d）HSC水凝胶-组织粘附界面的SEM图像。（e）HSC的剪切强度和内在拉伸强度与其他报告水凝胶的比较。（f）HSC在猪皮上的剥离能和拉伸强度。（g）HSC在猪皮、小肠和胃组织上的爆破压力。（h）含界面水的猪皮上固化水凝胶的抗扭曲和弯曲变形能力。（i）固化水凝胶表面与猪皮组织的粘附性照片

（4）水凝胶的生物相容性和创伤保护

本研究评估了水凝胶的生物相容性。溶血实验显示水凝胶的溶血率约为1%，远低于生物材料标准的5%（图4a）。MTT法测试结果表明，水凝胶对L929小鼠成纤维细胞、HaCaT角质形成细胞和HUVEC内皮细胞的细胞活力均高于80%（图4b），显示出良好的细胞相容性。HSC水凝胶植入大鼠背部皮下，未观察到显著的组织损伤。为了评估水凝胶在动态潮湿环境中的稳定性，将HSC水凝胶附着于牙周组织并置于含塑料颗粒的PBS溶液中，模拟咀嚼力。HSC在48小时内牢固附着，并在72小时后仍保持附着。与市售CHX-Gel相比，HSC在120小时内保持100%的附着，而CHX-Gel在0.5小时内完全消失（图4c）。HSC的较长保持时间归因于其优异的湿态粘附性（图4d）。在猪皮创伤上滴加金黄色葡萄球菌（S. aureus）菌悬液，水凝胶形成屏障，限制细菌生长（图4e）。未处理组和SC水凝胶组的创伤中细菌大量生长，而HSC组则仅在水凝胶表面附近观察到细菌生长（图4f(ii)）。HSC组的细菌屏障效率为99.92 ± 0.09%，远高于SC组的52.20 ± 8.23%（图4g）。

图5 体内牙周炎治疗。（a）牙周炎模型建立的照片。（b）治疗7天后牙周创伤的照片。（c）牙槽骨的二维micro-CT图像。（d）牙槽骨密度分析结果。（e）H&E染色图像，显示牙周组织的愈合情况。（f）根尖-牙槽骨嵴（CEJ-ABC）距离的测量结果。（g）IL-1β免疫荧光染色图像。（h）IL-1β阳性区域的结果。（i）IL-6免疫荧光染色图像。（j）IL-6阳性区域的结果

本研究开发了一种原位光固化水凝胶（HSC），用于牙周炎等创伤的长期保护。该水凝胶通过在牙周组织表面形成强粘附，提供了持久的治疗效果。水凝胶表现出良好的生物相容性，溶血率低于1%，且在细胞毒性测试中对多种细胞类型表现出较高的细胞活力。

此外，水凝胶在动态潮湿环境中表现出优异的稳定性，能够在牙周组织上保持较长时间的附着，与市售牙周治疗水凝胶相比，HSC具有更强的粘附力和更长的保持时间。HSC水凝胶还具有显著的抗细菌屏障性能，能够有效防止细菌侵入创伤区域，提供额外的防护作用。

通过对比不同类型的水凝胶，本研究表明，HSC水凝胶具有比传统水凝胶更强的抗菌作用和更持久的疗效。综合来看，HSC水凝胶不仅在提高牙周创伤的修复效果方面表现出色，还能有效降低治疗频率和提高临床治疗的便捷性，具有广阔的应用前景，尤其适用于牙周炎和其他相关疾病的治疗。