针对上述问题，四川大学陈显春团队利用可见光（而非紫外线）触发的聚合反应和溶胶-凝胶转变来制备生物胶，以减少对细胞和组织的潜在损害，并提高其在内部微环境中的粘附能力和组织穿透深度。成功地通过多酚-丙烯酰胺-钌(PARC)交联反应制备了一系列强大的生物胶粘剂，包括丙烯酰胺的自由基聚合、多酚(提取物)的偶联反应和钌介导的光化学过程。这些生物胶粘剂在可见光照射下能够快速凝胶化，并且在短时间内展现出对各种生物组织的粘附性能。此外，这些生物胶粘剂在口腔环境中对粘膜组织显示出高粘附强度和稳定性，有效地促进了大鼠和猪的口腔粘膜伤口愈合。研究者们期望这类新型的可见光响应型多酚生物胶粘剂能够成为解决临床上口腔粘膜缺陷的有力工具，并为传统治疗口腔粘膜疾病提供有前景的替代方案。该文章于2024年07月23日以《Visible Light-Responsive Polyphenolic Bio-Glues for Oral Mucosal Wound Healing》为题发表于《Advanced Functional Materials》（DOI：10.1002/adfm.202408462）。

（1）生物胶的制备及快速凝胶化

通过一锅法反应合成了生物胶，使用原料包括天然多酚（提取物）、丙烯酰胺（AAm）、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）和APS/Ru（II）。这些制备好的生物胶会在可见光照射下通过高效的PARC反应迅速凝胶化和即时粘合，包括AAm的自由基聚合、多酚（提取物）的偶联反应以及钌介导的光化学（图1a）。基于不同的AAm和天然多酚（提取物）在可见光介导的制备过程中对生物胶的凝胶点进行了系统检查。从图1b可以看出，当不同的多酚与AAm一起使用时，可以在短至5-60秒的时间内迅速完成溶胶-凝胶转变。因为EGCG多酚（19.4秒）和PGP提取物（5.3秒）比其他天然多酚和提取物的凝胶时间更短，所以选择它们作为模型分子与其他AAm反应进行更详细的研究。图1c展示了PAAm、PAAm-EGCG和PAAm-PGP基生物胶在可见光照射下迅速凝胶化的过程。将之前工作中复杂微环境（例如，口腔）中的生物粘合剂的凝胶化时间总结并比较（图1d），证实本研究的生物胶凝胶化时间更短（约5秒）。

从图1e中可以发现，用不同多酚制备的生物胶在可见光照射后可以形成固定形状。此外，图1f的动态流变分析表明，生物胶的动态储能模量（G'）超过了损耗模量（G''），证实了溶胶-凝胶转变。通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）对生物胶在可见光照射后的化学结构进行了表征。图1g显示了生物胶中AAm的特征N-H峰和多酚（提取物）的特征O-H峰，图1h的XPS光谱确认了生物胶中含有C、O、N、S、Cl和Ru元素。

为了验证可见光和紫外光诱导的凝胶化行为，研究者评估了有无猪皮（约3mm）覆盖的生物胶在365nm和450nm光照射下的溶胶-凝胶转变。从图1i可以看出，450nm光能促使有或无猪皮覆盖的生物胶形成水凝胶，而365nm光则不能。值得注意的是，图1j显示，450nm光照射后，无论有无猪皮覆盖，PAAm-PGP生物胶的凝胶化时间都几乎相同，这可以为这些可见光诱导的生物胶的内部伤口愈合提供策略。然后，评估了有无猪皮覆盖的生物胶在365nm和450nm光照射下的组织粘附。图1k显示，450nm光照射后，PAAm-PGP生物胶的粘附强度比PAAm-EGCG更强，这归因于生物胶中不同类型多酚的存在。此外，如图1l将PAAm-PGP生物胶注入大鼠皮下组织，可以观察到450nm光照射后，PAAm-PGP生物胶能在大鼠皮下组织中形成凝胶。这些结果表明，新制备的生物胶在可见光下具有快速凝胶化的能力，且具有良好的粘附性能和组织相容性，适合在湿润的口腔环境中使用。

图1. 生物胶的制备及快速凝胶化。（a）制备可见光响应生物胶及其快速钌光化学过程的示意图；（b）生物胶的胶凝点；（c）PAAm-PGP生物胶在可见光照射约5秒后的凝胶化过程的光学图像；（d）该实验的胶凝点与其他实验的比较；（e）含有不同多酚（提取物）的PAAm生物胶在可见光照射后的光学图像；（f）可见光照射后生物胶在不同时间点的动态储能模量（G′）和损耗模量（G″）；（g）可见光照射后生物胶的FTIR光谱；（h）可见光照射后生物胶XPS光谱中的C 1s峰；（i）猪皮覆盖的365 nm和450 nm光触发PAAm-PGP生物胶凝胶行为的光学图像；（j）365 nm和450 nm光触发的PAAm-PGP生物胶在有无猪皮覆盖情况下的凝胶行为的凝胶时间；（k）365 nm和450 nm光照射后生物胶的组织粘合强度；（l）365 nm和450 nm光照射后，PAAm-PGP生物胶在大鼠皮下组织下形成凝胶

（2）生物胶的强大粘合能力

为了探讨生物胶的强粘附能力，研究者发现天然多酚（提取物）作为交联剂，可以在生物胶中形成多样的相互作用，如氢键和静电相互作用，从而显著增强了生物胶的粘附强度。图2a展示了生物胶与组织之间的粘附机制，揭示了多酚与组织表面之间的多重相互作用。实验结果显示，经过可见光照射的生物胶具有出色的粘附强度，如图2b所示。PAAm-PGP生物胶在可见光照射后能迅速粘附于不同切割的组织，如图2c所示。此外，图2d和图2e展示了生物胶在湿环境下的粘附性能和在不同溶剂中的稳定性。图2f进一步证实了生物胶在模拟胃穿孔情况下的修复能力。图2g-i体内实验显示，证明了生物胶在大鼠模型中止血效果显著，并能牢固粘附于湿润组织。最后，图2j展示了PAAm-PGP生物胶在大鼠受损的肝脏和心脏上的应用效果，证实了其在体内环境中的粘附性能。这些发现证实了生物胶在临床应用中作为组织粘合剂的潜力。

图2. 生物胶的强大粘合能力。（a）生物胶的粘附机制及其与组织之间的多重相互作用；（b）可见光照射后生物胶的粘合强度；（c）可见光照射后PAAm-PGP生物胶对各种组织的粘附性能；（d）PAAm-PGP生物胶与猪皮浸泡不同溶剂48小时后的湿粘附性能的光学图像；（e）可见光照射后生物胶在不同溶剂中的溶胀比；（f）可见光照射后生物胶用于胃穿孔修复的光学图像（比例尺：8 mm）；（g）不同处理后伤口失血的光学图像；通过记录失血量（h）和止血时间（i）进行生物胶的体内粘附评估；（j）可见光照射后，PAAm-PGP生物胶在大鼠切割肝脏和心脏上的体内粘附性能

（3）生物胶的多功能特性

进一步对生物胶的多功能性进行探讨，包括其生物相容性、抗氧化性和抗菌性能。图3a展示了NIH 3T3细胞在与PAAm-PGP生物胶共培养24小时后的活/死染色图像，结果显示细胞存活率较高，证明生物胶具有良好的细胞相容性。通过Alamar蓝实验和活/死染色，图3b进一步证实了生物胶处理的细胞保持约90%的活性，表明其对细胞无毒性。通过在小鼠皮下注射PAAm-PGP生物胶对生物相容性进行评估，如图3c所示，生物胶在体内展现出适宜的降解率和最小的炎症反应。免疫组化分析，如图3d，揭示了PAAm-PGP生物胶处理的伤口组织在第5天与对照组相比，显示出相似的上皮组织结构和较低的炎症因子IL-6表达，进一步确认了其生物相容性。

在抗氧化性能测试中，图3e显示，经不同浓度H₂O₂处理并用生物胶处理24小时后的细胞活性，生物胶能显著提高细胞在氧化应激条件下的存活率。图3f和3g的DCFH-DA染色图像和荧光强度分析显示，PAAm-EGCG和PAAm-PGP生物胶能显著降低细胞内ROS水平，表明它们具有优异的抗氧化能力。此外，图3h的MDA水平测试结果表明，这些生物胶能有效减少氧化应激导致的细胞损伤。

在抗菌活性测试中，图3j的ZOI图像显示，PAAm、PAAm-EGCG和PAAm-PGP生物胶在可见光照射后均表现出抗菌能力，其中PAAm-PGP生物胶的抗菌效果尤为显著。图3k和3l的荧光和SEM图像进一步证实了这些生物胶对大肠杆菌的抗菌效果，显示出细菌细胞的损伤。图3m-n的抗菌活性测试结果表明，PAAm-EGCG和PAAm-PGP生物胶对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均具有较高的抗菌效率。

图3. 生物胶的多功能特性。（a）PAAm-PGP生物胶（1 mg mL⁻¹）孵育24小时后NIH 3T3细胞的活/死染色图像（比例尺：200 µm）；（b）不同生物胶孵育24小时后NIH 3T3细胞的细胞活力；（c）示意图描绘了皮下注射PAAm-PGP生物胶的生物降解性以及第0天和第5天背部皮下空间的伤口区域（比例尺：10 mm）；（d）5天后皮下组织的H&E染色和IL-6免疫组化染色（比例尺：200 µm）；（e）与不同H₂O₂浓度孵育并用生物胶（5 mg mL⁻¹）处理24小时后的细胞活力；（f）NIH 3T3细胞中荧光探针DCFH-DA的ROS染色（比例尺：200 µm）；（g）通过ImageJ计算各组ROS染色对应的荧光强度；（h）用不同水凝胶处理后NIH 3T3细胞的丙二醛（MDA）水平。NC：未进行任何处理的阴性对照组；PC：阳性对照组/用100 µM H₂O₂处理的组；（i）在口腔环境中应用生物胶进行抗菌测试的示意图；（j）抑菌圈（ZOI）图像；（k）荧光图像（比例尺：20 µm）；（l）分别用对照组、PAAm、PAAm-EGCG、PAAm-PGP处理后大肠杆菌的扫描电子显微镜（SEM）图像（比例尺：2 µm）；（m）PAAm、PAAm-EGCG、PAAm-PGP组对大肠杆菌的抗菌活性；（n）PAAm、PAAm-EGCG、PAAm-PGP组对金黄色葡萄球菌的抗菌活性

（4）口腔环境中的组织粘附

生物胶在模拟口腔环境中的组织粘附能力得到了全面评估。通过一系列实验，如图4所示，生物胶不仅在可见光照射后能够快速粘附于猪皮，而且在人工唾液中浸泡后仍能保持稳定，显示出较低的膨胀比率和良好的完整性。PAAm-PGP水凝胶的拉伸和压缩强度测试结果表明，其具备出色的机械性能，非常适合动态和复杂的口腔环境。此外，图4c中生物胶在模拟口腔环境中的最大拉伸力（Fmax）测试进一步证实了其在模拟口腔环境中的粘附强度。生物胶在大鼠舌头上的粘附测试结果，如图4d、e所示，表明生物胶能够在湿润的舌面上形成稳定的粘附层，并能够抵抗舌头的反复伸缩运动。通过体外和体内实验观察，如图4f所示，生物胶与组织结合后的界面显示出良好的整合性，没有明显的分层现象。这些结果表明，生物胶在口腔环境中具有优异的组织粘附能力，为后续的粘膜烫伤愈合实验提供了支持。图4h展示了生物胶在口腔环境中粘附的代表性光学图像，证明了其在模拟口腔环境中的粘附持久性。图4i通过免疫组化染色展示了生物胶在口腔环境中粘附3天后与组织结合的情况，进一步证实了其在口腔环境中的稳定性和生物相容性。

图4. 口腔环境中的组织粘附。（a）生物胶在口腔环境中用于粘附测试的示意图；（b）空气和口腔环境中湿组织粘附特性的光学图像；（c）PAAm-PGP生物胶在PBS和口腔环境中的最大粘附力（Fmax）；（d）PAAm-PGP生物胶粘附在体外湿大鼠舌头表面，随着舌头运动表现出优异的粘附力；（e）PAAm-PGP生物胶粘附在体内湿大鼠舌头表面；（f）PAAm-PGP生物胶与大鼠舌组织融合的扫描电子显微镜（SEM）图像（比例尺：300 µm和100 µm）和显微镜图像（比例尺：100 µm和50 µm）；（g）生物胶在体内应用用于组织粘合和伤口愈合的示意图；（h）大鼠体内口腔环境生物粘附的代表性光学图像（比例尺：5 mm）；（i）3天后针对大鼠PAAm-PGP生物胶细胞角蛋白的代表性免疫组织化学染色（黑色虚线表示边界，比例尺：400 µm和200 µm）

（5）用于大鼠粘膜烫伤伤口愈合的生物胶

通过在大鼠粘膜烫伤模型中的实验，生物胶处理的伤口在第3天、第5天和第7天的观察中，均显示出比商业药物和未处理对照组更快更好的愈合性能。此外，生物胶在口腔环境中的粘附时间超过3天，并且在第5天和第7天时能够完全降解，这有助于大鼠粘膜烫伤伤口的修复。图5a提供了生物胶用于大鼠粘膜烫伤伤口愈合的实验设置示意图，而图5b的照片系列显示了不同时间点的伤口愈合过程。通过模拟图像（图5c）和伤口面积的统计数据（图5d），可以明显看到生物胶处理组的伤口愈合速度优于其他组。同时，大鼠体重的监测（图5e）也表明生物胶有助于促进大鼠的正常进食和生长，进一步证明了生物胶在粘膜烫伤愈合中的有效性。

图5. 用于大鼠粘膜烫伤伤口愈合的生物胶。（a）生物胶用于大鼠粘膜烫伤伤口愈合的示意图；（b）所有组在第0天、第1天、第3天、第5天和第7天时伤口区域的代表性照片（比例尺：2 mm）；（c）不同治疗后相应伤口区域的模拟图像；（d）不同处理后对应的伤口面积统计；（e）不同处理后相应的大鼠体重统计

图6的组织学切片分析进一步证实了生物胶处理的伤口在第7天时显示出更完整和规则的上皮组织，以及更低的炎症因子TNF-α和IL-6的表达水平，这表明生物胶具有显著的抗炎效果。此外，通过DHE染色展示的ROS水平（图6d）表明，生物胶能够减少愈合过程中的氧化应激。

图6. 粘膜烫伤创面组织的组织学切片。（a）治疗7天后的代表性组织学H&E染色、Masson三色染色、CD31、TNF-α、IL-6染色（比例尺：200 µm）；（b）不同时间段、不同治疗后的相对伤口距离；（c）TNF-α表达的炎症细胞因子水平的计算分析；（d）ROS指标DHE水平的计算分析

（5）用于猪粘膜烫伤伤口愈合的生物胶

在猪粘膜烫伤模型上进一步测试了生物胶的性能，以模拟接近人类口腔环境的复杂性和动态性。图7a展示了生物胶用于猪粘膜烫伤伤口愈合的实验设置，而图7b的照片系列显示了不同时间点的伤口愈合过程。生物胶处理的伤口在第1天、第3天和第5天的观察中显示出比商业药物和未处理对照组更快的愈合速度和更好的愈合效果。图7c-e中的愈合率数据显示，在所有观察时间点，生物胶处理组的伤口愈合率均高于对照组，这表明生物胶显著提高了伤口愈合的效率。生物胶在可见光照射下能够快速粘附于猪的粘膜烫伤伤口，并且在口腔环境中保持适当的降解速率，这证明了生物胶在湿润和动态变化的口腔环境中具有优异的粘附和保持能力。

图7. 猪粘膜烫伤创面愈合用生物胶。（a）生物胶用于猪粘膜烫伤伤口愈合的示意图；（b）所有组在第0天、第1天、第3天和第5天伤口区域的代表性照片（比例尺：2 mm；箭头表示猪标准饲喂1天后在可见光照射下残留的生物胶）；（c）第1天、（d）第3天、（e）第5天猪粘膜烫伤伤口愈合率