天津大学刘文广团队开发了PolyLA-SQBA水凝胶，通过蜂王酸纳米胶束增强硫辛酸水溶性并诱导其聚合，与纳米胶束氢键交联成网络，形成具有UCST特性的水凝胶。该水凝胶室温下不粘，接触组织后粘附，误粘可冷却脱离且能恢复粘性，作为口腔贴片粘附性强且持久，还能释放活性分子展现多种性能，加速口腔黏膜修复。该文章于2025年6月23日以《In vivo adhesion fault-tolerant coenzyme/queen bee acid nanomicelles self-crosslinked thermoresponsive adhesive hydrogel for efficient oral ulcer treatment》为题发表于《Bioactive Materials》（DOI：10.1016/j.bioactmat.2025.06.023)。

图1 PolyLA - SQBA水凝胶的制备及应用。（a）水凝胶制备示意图；（b）水凝胶温敏粘附行为；（c）水凝胶应用示意图

（1）制备并表征了PolyLA - SQBA水凝胶

本研究将蜂王酸（QBA）去质子化得到SQBA（图2A），FTIR结果显示-COOH峰消失，-COO-峰出现，且SQBA水溶性良好（图2A）。SQBA的两亲结构使其能在水中自组装成纳米胶束，其Tyndall效应（图2C）证实了纳米胶束的存在，TEM观察到其形态（图2D），DLS分析显示其粒径约为37 nm（图2E）。实验表明，疏水性LA能完全溶解于SQBA溶液中得到透明溶液（图2F、G），且随着SQBA浓度增加，其对LA的增溶能力也增加，直至达到平衡点，超过该浓度后，继续增加LA含量会导致溶液变浑浊或沉淀。

图2 SQBA的合成及表征。（a）SQBA合成示意图；（b）QBA和SQBA的FTIR谱图；（c）SQBA溶液的丁达尔效应；（d）SQBA溶液的TEM图像；（e）SQBA溶液的流体动力学直径；（f）不同浓度SQBA溶液溶解LA的宏观图像；（g）SQBA溶液对LA的增溶曲线

将LA和SQBA混合物密封置于37℃，48小时后观察其状态（图3A），结果表明，当SQBA浓度为15%或20%，且LA浓度等于或高于SQBA浓度时，混合物呈凝胶状；当LA浓度低于SQBA浓度时，混合物呈溶液状态。将该水凝胶命名为PolyLA - SQBA - x - y，其中x代表LA质量浓度，y代表SQBA质量浓度。紫外可见光谱（图3C）显示，该体系在37℃静置24小时后，LA单体中含二硫键的五元环在330nm处的吸收峰显著降低，静置48小时后，该吸收峰强度继续下降，表明LA在SQBA纳米胶束内自发发生开环聚合（ROP）。拉曼光谱（图3D）中，LA结构中含硫五元环的二硫键特征拉曼峰在510cm-1处分裂为507和524cm-1两个峰，支持了LA的ROP。傅里叶变换红外光谱（图3E）显示，与原始单体相比，LA的 - COOH和SQBA的 - COO - 的 - C = O峰发生明显红移，表明二者间形成强离子氢键。扫描电镜测试（图3F）结果表明，PolyLA - SQBA - 30 - 20水凝胶中，球形纳米胶束在聚合物网络中均匀分散，证实了水凝胶体系中纳米胶束的自组装行为。

图3 PolyLA - SQBA水凝胶的制备与表征。（a）不同组成LA和SQBA混合物在37℃保持48小时后的状态；（b）SQBA溶液对LA粉末的增溶及PolyLA - SQBA水凝胶的形成；（c）初始PolyLA - SQBA - 30 - 20溶液及在37℃静置不同时间后的PolyLA - SQBA - 30 - 20水凝胶的紫外 - 可见吸收光谱；（d）LA粉末和PolyLA - SQBA - 30 - 20水凝胶的拉曼光谱；（e）LA、SQBA和PolyLA - SQBA - 30 - 20水凝胶的傅里叶变换红外光谱；（f）PolyLA - SQBA - 30 - 20在37℃静置24小时后的扫描电镜图像

（2）PolyLA-SQBA水凝胶的热响应性

PolyLA - SQBA - 30 - 20水凝胶在20℃时呈不透明状，升温至37℃时变为透明，继续升温至50℃时开始流动（图4A）。这是因为37℃时，水凝胶体系内的氢键相互作用减弱，水分子与 - COO - 形成氢键融入凝胶网络，使可见光透过水分子使凝胶透明；温度升至50℃时，polyLA和SQBA纳米胶束间部分氢键被破坏，交联密度降低，凝胶变得可流动（图4D）。通过浊度测试确定了水凝胶的UCST（图4B），LA含量从25%增加到45%时，相变温度从30℃升至59℃，因为LA含量增加使水凝胶交联密度更高。以20% SQBA和30% LA的体系为例，研究了在37℃静置时间对所得凝胶UCST的影响，结果表明，随着在37℃静置时间的增加，UCST也增加，48小时后稳定，进一步表明水凝胶的交联网络逐渐形成，48小时后完成（图4C）。为深入了解PolyLA - SQBA的热力学行为，分析了水凝胶加热过程中红外吸收峰的变化，研究了水凝胶样品中极性基团间氢键的变化规律（图4E）。FTIR信号显示，随着温度升高，羧基和羧酸根的 - C = O键出现轻微蓝移，表明加热过程中水凝胶中的氢键发生断裂。为阐明加热过程中羧基和羧酸根间氢键的变化规律，利用样品的红外光谱构建数据集，以温度为变量，进行二维相关光谱（2Dcos）分析（图4F、G）。同步谱图显示了光谱信号的同质性，具体表明了官能团变化的方向和速率；异步相关谱图将这些信息与事件的顺序相关联。在不同温度下水凝胶的同步谱图中，可观察到三个显著的自峰。这些自峰表明在加热过程中羧酸根和羧基的 - C = O基团发生了显著变化。值得注意的是，1640 cm^-1^处的自峰与其他信号的方向相反，这是由于加热过程中羧基的C = O氢键断裂，导致该位置的吸收峰蓝移，向约1700 cm^-1^处移动。而1542 cm^-1^处羧酸根离子的C = O吸收峰相对强度增加，表明加热过程中羧酸根的C = O氢键增强。2Dcos的结果与上述讨论一致。

图4 PolyLA - SQBA水凝胶的热响应性。（a）PolyLA - SQBA - 30 - 20水凝胶在20℃、37℃和50℃时的图像；（b）不同LA含量的PolyLA - SQBA水凝胶的浊度与温度关系；（c）不同37℃孵育时间的PolyLA - SQBA - 30 - 20水凝胶的浊度与温度关系；（d）PolyLA - SQBA水凝胶的温度响应机制示意图；（e）PolyLA - SQBA - 30 - 20水凝胶的变温傅里叶变换红外光谱；（f、g）PolyLA - SQBA - 30 - 20水凝胶在温度变化过程中的二维同步光谱

（3）PolyLA-SQBA 水凝胶的生理温度增强粘附特性

PolyLA - SQBA - 30 - 20水凝胶具有接近生理温度的UCST，其在37℃时透明且与猪皮接触瞬间粘附，能轻易提起猪皮（图5A），粘附力源于羧基与组织间的多重氢键和静电相互作用。冷却至室温，该水凝胶迅速相分离，变得不透明且失去粘附能力。在体温下，该水凝胶紧密粘附于手臂，冷却后可立即剥离且不留残留物（图5B）。将该水凝胶置于不同温度水中猪皮与载玻片间，37℃时透明水凝胶牢固粘附猪皮与载玻片；温度降至25℃，出现不透明相变区域（图5C黑虚线指示）；温度降至4℃，相变区域扩展至整个凝胶，猪皮脱离，水凝胶失去粘附性，证实其生理温度增强粘附特性和低温可剥离性。此外，该水凝胶还可粘附于口腔黏膜、胃、大肠、心脏和小肠等其他湿组织（图5D）。

图5 PolyLA - SQBA - 30 - 20水凝胶的粘附性能。（a）PolyLA - SQBA - 30 - 20在37℃和室温下对猪皮的粘附演示图像；（b）PolyLA - SQBA - 30 - 20水凝胶在人体手臂上的粘附和剥离图像；（c）PolyLA - SQBA - 30 - 20水凝胶在不同温度水中相变及粘附变化图像；（d）PolyLA - SQBA - 30 - 20贴片对各种湿组织的粘附能力

拉伸剪切测试表明，PolyLA - SQBA - 30 - 20水凝胶对湿润的口腔黏膜具有0.15 N的粘附力（图6A）。该水凝胶粘附于口腔黏膜组织后，可承受拉伸、弯曲、扭转和水流冲击而不脱落。将粘附有PolyLA - SQBA - 30 - 20水凝胶的口腔黏膜浸泡在37℃的人工唾液中24小时，水凝胶仍稳定粘附于黏膜组织，耐受拉伸、弯曲、扭转和水流冲击而不脱落（图6B）。PolyLA - SQBA - 30 - 20水凝胶在室温下不粘，送至大鼠牙龈区域时，立即变得透明并牢固粘附于牙龈组织，冷却后迅速发生相变，重新变为不透明且不粘的状态，可轻松从牙龈组织上剥离且不留残留物，重新放回牙龈区域时，再次变得透明并恢复粘附性能（图6C）。PolyLA - SQBA - 30 - 20水凝胶还对口腔内的其他组织表现出优异的粘附性（图6D）。PolyLA - SQBA - 30 - 20水凝胶可粘附于口腔黏膜约24小时，而壳聚糖贴片在3小时内溶解（图6E）。

图6 PolyLA - SQBA - x - 20贴片对口腔黏膜的粘附性能。（a）PolyLA - SQBA - x - 20贴片对口腔黏膜的拉伸剪切曲线及粘附强度；（b）PolyLA - SQBA - 30 - 20体外对口腔黏膜的牢固粘附图像；（c）大鼠口腔黏膜触发PolyLA - SQBA - 30 - 20水凝胶的相变及粘附图像；（d）PolyLA - SQBA - 30 - 20水凝胶能紧密粘附于大鼠口腔不同部位并承受拉伸运动的照片；（e）PolyLA - SQBA - 30 - 20水凝胶和壳聚糖贴片在口腔内的粘附能力

（4）PolyLA-SQBA水凝胶的生物活性

PolyLA - SQBA水凝胶在PBS中对LA和SQBA的释放行为进行了评估，LA在所有水凝胶中均表现出48小时内持续释放，且随着水凝胶中LA含量增加，释放率降低（图7A）。接着，测试了PolyLA - SQBA水凝胶对ABTS自由基和羟基自由基（·OH）的抗氧化效果。水凝胶在6小时后对ABTS自由基的清除效率约为70%（图7B），利用芬顿反应测定水凝胶对·OH的抑制效果，30分钟内清除效率约为80%（图7C）。此外，对PolyLA - SQBA水凝胶的抗菌能力进行了检测，所有水凝胶在与S. mutans和P. gingivalis共孵育12小时后，杀菌率均超过70%（图7D），平板涂布实验以及抑菌圈图像（图7E）和相应直径的定量测量进一步证实了其抗菌效果。为评估PolyLA - SQBA水凝胶的血液相容性，进行了体外溶血实验（图7F），结果显示，LA含量超过25%的所有配方溶血率均低于5%。图7G展示了经Triton X - 100（阳性组）、PBS（阴性组）和不同PolyLA - SQBA水凝胶组处理后的全血离心上清液的照片，LA含量大于25%的水凝胶组与PBS阴性对照组相似。以PolyLA - SQBA - 30 - 20水凝胶为例，采用MTT比色法研究其对人牙龈成纤维细胞（HGFs）的细胞毒性，HGFs与PolyLA - SQBA - 30 - 20共培养24小时后存活率高（图7H），活/死染色进一步证实了其良好的细胞相容性（图7I）。此外，评估了PolyLA - SQBA - 30 - 20对HGFs增殖的影响，结果显示25 μg/mL浓度时促进细胞增殖效果最显著（图7J）。

图7 PolyLA - SQBA水凝胶的生物活性及细胞相容性。（a）不同组成PolyLA - SQBA水凝胶在PBS中不同时间的单体释放率；（b）PolyLA - SQBA水凝胶对ABTS自由基6小时的清除率；（c）PolyLA - SQBA水凝胶对·OH 0.5小时的清除率；（d）PolyLA - SQBA水凝胶与S. mutans和P. gingivalis共培养12小时后的杀菌率；（e）PolyLA - SQBA水凝胶对S. mutans和P. gingivalis的抑制圈；（f、g）PolyLA - SQBA水凝胶的溶血率；（h）HGFs与PolyLA - SQBA - 30 - 20水凝胶共培养24小时的细胞活性；（i）HGFs与PolyLA - SQBA - 30 - 20水凝胶共培养24小时的活/死染色；（j）HGFs与PolyLA - SQBA - 30 - 20水凝胶共培养1天和3天的细胞活性

（5）PolyLA-SQBA水凝胶治疗大鼠口腔溃疡

PolyLA - SQBA - 30 - 20通过皮下植入实验评估组织相容性，植入后48小时，对心、肝、脾、肺、肾等主要器官进行组织学评估，结果显示未对这些器官造成损伤，表明其具有良好的生物安全性和生物相容性。为评估PolyLA - SQBA水凝胶对大鼠口腔溃疡的治疗效果，以商业壳聚糖贴片为壳聚糖组，未处理组为对照组（图8A）。PolyLA - SQBA水凝胶在生理温度下粘附性更强，接触大鼠口腔后迅速相变并牢固粘附于口腔黏膜。监测溃疡大小变化并计算溃疡愈合效率，持续观察8天（图8B、C、D）。

图8 大鼠口腔溃疡修复实验。（a）大鼠口腔溃疡模型建立及PolyLA - SQBA水凝胶和壳聚糖贴片修复溃疡的示意图；（b）用PolyLA - SQBA水凝胶和壳聚糖贴片治疗后0、2、4、6、8天大鼠口腔溃疡的照片；（c）大鼠口腔溃疡愈合的示意图；（d）治疗后2、4、6、8天口腔溃疡的愈合率

PolyLA - SQBA水凝胶显示出显著改善的治疗效果。第8天时，PolyLA - SQBA组未愈合面积远小于壳聚糖组和对照组。第2天，PolyLA - SQBA组的伤口愈合率达到38.5 ± 2.9%，高于壳聚糖组（28.61 ± 1.74%）和对照组（24.28 ± 2.45%）。到第8天，PolyLA - SQBA组的治疗效率提高到93.03 ± 4.96%，仍显著高于壳聚糖组（78.4 ± 5.72%）和对照组（73.08 ± 1.59%）。通过H&E染色和Masson染色评估不同治疗组的溃疡愈合和胶原沉积情况（图9A、B），第4天，PolyLA - SQBA组炎症细胞更少；第8天，经PolyLA - SQBA水凝胶治疗的溃疡炎症细胞完全消失，上皮完全再生，胶原纤维排列良好，而壳聚糖组和对照组仍有炎症细胞存在且仅部分愈合。利用免疫荧光染色进一步研究不同组别颊黏膜在细胞水平的变化（图9C），对iNOS和MPO进行免疫荧光染色，以评估溃疡部位炎症细胞的浸润情况（图9D、E），PolyLA - SQBA组免疫荧光染色中MPO阳性细胞和iNOS阳性细胞更少。ELISA定量数据（图9F、G）和Western Blot分析均显示，第8天时，PolyLA - SQBA组的TNF - α和IL - 6水平显著低于对照组和壳聚糖组，表明PolyLA - SQBA水凝胶能有效调节受损伤口的炎症微环境。

图9 大鼠口腔溃疡愈合的组织学评估及炎症因子水平检测。（a、b）第4天和第8天再生口腔黏膜的H&E染色和Masson三色染色；（c）第8天再生口腔黏膜的iNOS和MPO抗体免疫荧光染色；（d、e）再生口腔黏膜中iNOS和MPO表达水平的定量分析；（f、g）第8天各组炎症因子水平