新型水凝膠醫用敷料的研究進展

唐嵐昊 錢曉明 封 嚴 朵永超

（天津工業大學，天津，300387）

皮膚可以隔離病菌，使人體不被病菌傷害［1］，但由于燒傷、磕碰等意外的發生，會使人體皮膚受到損傷［2］。雖然人體有一定的自我修復能力，但傷口愈合周期較長，沒有了皮膚這層屏障，人體就無法隔絕病菌，病菌侵入人體造成傷口感染。此外，傷口會在愈合期間產生大量的傷口滲出液。為了保障傷口愈合期間不被病菌感染，且吸收大量傷口滲出液，醫用敷料應運而生。

醫用敷料在維持人類健康和提高生活質量方面具有非常重要的地位［3］，特別是近年來人們對創面愈合越來越重視，醫用敷料發展十分迅速。醫用敷料可以充當皮膚保護屏障，防止傷口感染，快速吸收傷口滲出液體，引導人體組織再生。傳統的醫用敷料分為紗布繃帶、創可貼、棉絨布等。由于傳統敷料存在著吸液能力差，特別是在更換敷料時傷口黏連容易造成二次傷害、隔絕病菌能力不強等缺點，新型醫用敷料的研究成為了研究的熱點，新型醫用敷料的研究對提升個人防護和身體健康有著重要的意義。水凝膠敷料是目前最為先進的敷料之一，水凝膠敷料有很強的吸收性能，并且能夠為創面創造一個利于組織再生的濕潤環境，凝膠狀態具有滑彈特性，有效地避免了傷口黏連造成的二次傷害，該類敷料是目前敷料研究的重點。以下將綜述近年來醫用敷料的發展及新型水凝膠敷料的最新研究，以期為醫用敷料的研究提供參考。

1 敷料的發展

1.1 天然紗布

傳統的天然紗布是以棉質天然纖維為主要原料，經過紡織工藝經緯編織而成，是敷料的最初產品，也是在傳統敷料中使用最多、最為廣泛的一類醫用紡織品。天然紗布的生產過程簡單，但對自然資源有極大需求。由于是經編織而成的紡織品，其通透性太高以至于不能很好地隔絕病菌，容易使病菌通過空隙侵入創面造成交叉感染。并且此類敷料的吸液能力不強，對于較多傷口滲出液的創面不能及時、快速地將滲出液吸收，容易使敷料與傷口黏連，在撕下或更換敷料時使已經愈合的創口再次撕扯開，加劇傷口的惡化，造成二次機械損傷和疼痛。

1.2 合成纖維類敷料

由于傳統天然紗布以天然纖維為原料，對生態環境和自然資源造成了巨大的壓力，因此發展了以化學纖維為原料生產的醫用敷料。此類敷料解決了傳統天然紗布敷料過度依賴自然資源的問題，成本較低，但未能解決使用體驗上的問題，依舊存在著不能有效阻隔病菌的侵入、不能高效吸液，容易造成傷口黏連等問題。

1.3 多聚膜類敷料

該種敷料具有可以使氧氣和水蒸氣自由透過，空氣中的病菌和灰塵等顆粒物不能透過的優點，但其成本較高，且吸液能力較差，只適合于傷口滲出液不多的創面。如英國Smith Nephew 公司生產的Opsite 噴霧是一種噴霧型敷料，在干性傷口上形成一層透明薄膜，可以隔絕病菌及微生物侵入，但不具備抑菌效果，且吸液量較低，只適合于滲出液不多的小創面傷口，另外由于是噴霧劑，容易被吸入肺中對人體造成損害。

1.4 發泡多聚體敷料

由高分子材料（PU）發泡而制成，具有多孔特性，因此有較好的吸液能力，能夠保持一個濕潤的創面環境，為傷口提供一個較好的愈合環境，并且表面的半透膜具有良好的阻隔性，能夠防止微生物和細菌的侵入，如英國Smith Nephew 公司的Allevyn 可以適用于多種創面類型，但其成本較高，價格昂貴。

2 新型水凝膠敷料

基于人們對于傷口愈合的認知不斷加深，水凝膠敷料有很高的研究熱度。水凝膠敷料是目前最為先進的醫用敷料。此類敷料具有高吸液、高保濕性能，可以適用于滲出液較多的創面環境，且在吸液后會呈現出凝膠狀態，凝膠狀態具有滑彈特性，在更換敷料時有效避免了傷口黏連造成的二次機械傷害。

2.1 水凝膠促進傷口愈合機理

皮膚受到創傷后，表皮層會被破壞，嚴重者的真皮層也會遭到一定程度的損傷。傷口的愈合需要經過組織再生，因此細胞增殖的速度在一定程度上反映了傷口愈合的速度。

傷口的愈合需要特定的環境，在潤濕的環境下更有利于細胞的生長，水凝膠可以快速吸收傷口滲出液，并有良好的保濕特性，能夠為創面創造愈合所需要的濕潤條件，在保有傷口滲出液的濕潤環境下能夠提高人體內酶的活性，可以促進細胞再生以及死亡細胞的處理，由于傷口滲出液有許多傷口愈合所需要的生長因子，因此可以有效地使人體細胞再生及傷口愈合；其次，潤濕的水凝膠作為傷口的保護屏障，能夠在一定程度上阻擋外界微生物和細菌的侵入；此外，水凝膠能夠創造一個閉合的低氧環境，低氧環境促使吞噬細胞釋放生長因子，加快傷口的愈合；最后，水凝膠敷料具有優良的吸液能力，且由于濕潤環境的存在，減緩了液體蒸發的速度，不易形成干痂，且吸液后的敷料呈現出水凝膠狀態，具有滑彈的特性，很好地避免了傷口二次傷害的問題［4‐7］。

2.2 水凝膠敷料研究現狀

2.2.1 接枝改性類水凝膠

利用化學改性的方式，將官能團接枝到纖維上，可以賦予纖維及其制品特殊的性能。錢璐敏等［8］以棉紗布為原料，經過氫氧化鈉堿化、氯乙酸醚化制備了羧甲基改性的水凝膠醫用棉紗布，與未改性的紗布相比，改性后更易吸液，有更好的溶解性能。FENG Zujian 等［9］設計研發了一種新型生物糖肽類的水凝膠作為醫用敷料，糖肽類化合物具有與天然糖蛋白相似的化學成分，糖蛋白可以促進器官發育，調節免疫反應，可以在不使用藥物的情況下，利用生物原理加快細胞的增殖，縮短創面愈合所需的時間［10‐11］。通過動態亞胺鍵將Q11 肽接枝到葡甘聚糖的主鏈，制備了一種新糖肽。Q11 肽作為物理交聯劑可以誘導水凝膠的形成，具有多孔特性，有較好的吸收性能，給傷口愈合提供了濕潤的環境。此外，該敷料具有良好的生物相容性，這種多糖可以和巨噬細胞上的MR配體特異結合，使巨噬細胞M2 極化，在不使用外源生長因子和藥物的情況下促進創面傷口的愈合。

2.2.2 共聚類水凝膠

藥物可以殺滅細菌，在傷口愈合過程中起到重要的作用，但部分細菌會發生基因突變，表現出抗藥特性，此類細菌稱為耐藥細菌，以往對其適用的抗菌藥物不再起效［12‐13］。呼吸道多重耐藥菌MDRB 是較為難殺滅的耐藥細菌，傷口早期血管生成在傷口愈合過程中起著重要作用，因為這一過程為傷口部位提供了氧氣、營養物質和生物活性物質［14］，MDRB 的存在會導致高炎癥反應和低血管生成能力［15‐16］。CHENG W 等［17］研發制備了一種針對MDRB 病菌的水凝膠敷料。通過使檸檬酸在氮氣中以一定轉速和溫度下熔融，與乙二醇和3‐氨丙基三乙氧基硅烷混合，冷凍干燥制備水溶性的檸檬酸‐乙二醇‐硅氧烷的雜化聚合物。該種水凝膠有較好的力學性能和細胞相容性，其最主要的特性是可以有效抑制創面MDRB 的感染，降低感染風險和炎癥反應，促進血管生成和細胞組織再生，促使創面愈合。WANG S 等［18］以脂質體、聚乙二醇（PEG）、α‐環糊精（α‐CD）和丙烯酰胺（AM）為基質制備了一種能夠緩釋抗生素的雙網絡水凝膠敷料。阿莫西林存儲在脂質體中，當藥物散發時需要通過脂質體以及聚乙二醇‐α‐環糊精/丙烯酰胺雙網絡，所以藥物將得到有效的緩釋，經過藥物緩釋試驗，單網絡水凝膠可以不間斷釋放8 天藥物，而雙網絡水凝膠可以連續釋放12 天阿莫西林，水凝膠敷料抑菌效果顯著，可以達到80%以上，具有良好的生物相容性和傷口滲出液吸收能力。

2.2.3 納米粒子復合水凝膠

銀在醫藥界被廣泛應用，如銀絲織紗布覆蓋傷口，新生嬰兒滴硝酸銀溶液可以防止黏膜感染等。納米銀可以通過傷害細菌的DNA，使細菌信號傳導中斷以及使細菌酶失活等方式進行殺菌，因此納米銀具有很好的抗菌活性和較低的細胞毒性［19］。GOU L 等［20］在羧甲基化纖維素鈉納米纖維中混入明膠和納米銀顆粒，制備了銀‐明膠‐纖維素三元水凝膠。該水凝膠具有良好的抗菌性和非常低的細胞毒性，且有一定的促使創面愈合的能力。BUNDJAJA V 等［21］通過利用纖維素和尿素先制備了纖維素氨基甲酸酯，再加入氫氧化鈉和尿素所組成的堿性溶液，經攪拌離心后用活性劑改性，最后將AgNPs 嵌入到水凝膠中，載銀后有效提高了水凝膠敷料的抗菌活性，并且有較好的生物相容性。AL‐ABBOODI S M T 等［22］將氧化鋅、銀納米顆粒復合到甲殼素水凝膠上，甲殼素可生物降解，且具有優良的生物相容性，所制備的納米復合水凝膠敷料由于甲殼素和納米粒子的綜合效應，雙納米復合物顯示出較高的抗菌效果，能對肺炎致病菌和大腸桿菌進行有效抑制。

抗菌肽是從動物體內誘導提取出的一種含量微少的多肽物質，具有廣譜抗菌活性，能夠破壞細菌的細胞膜，使細胞內容物溢出，從而迅速殺滅病菌，同時還具有加速傷口愈合等效果。CHENG H 等［23］通過明膠與多巴胺母體化學鍵合，制備了一種負載氧化鈰納米顆粒（CeONs）和抗菌肽（AMP）的可噴霧水凝膠傷口敷料。制備的敷料經過測試，具有優良的活性氧清除能力和較好的抗菌效果，同時該敷料具有良好的生物相容性，可用于傷口治療及愈合。GUNES O C 等［24］通過將抗菌多肽和羧甲基殼聚糖相結合，藻酸浸漬生產改性棉水凝膠復合傷口敷料。敷料保留了多孔結構，并具有適當的透氣性。此外，由于其水凝膠結構，該敷料具有較高吸液性能，并表現出黏彈性特性。對金黃色葡萄球菌有很好的抗菌活性，且沒有細胞毒性，不會對人體造成傷害。

2.2.4 動態交聯水凝膠

動態交聯水凝膠中分子能夠通過動態物理相互作用和（或）動態化學鍵連接在一起，具有一定的自愈性［25］，且該水凝膠有較高的含水率、優異的生物相容性、柔韌性和刺激響應性能［26］。劉瑞雪等［27］以SiO2溶膠為穩定劑、甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸為共聚單體，乳液聚合制備了SiO2乳膠粒，并與魔芋蒲甘糖、聚乙烯醇制備混合溶液，在特定pH 環境下制得了復合水凝膠，具有良好的自愈合性，并且可降解，無細胞毒性。WU Y等［28］以4‐乙烯基苯硼酸、N‐乙烯基吡咯烷酮亞甲基雙丙烯酰胺和二甲基亞砜為原料，在高溫下固化制備了聚（4‐乙烯基苯硼酸‐N‐乙烯基吡咯烷酮‐共‐1‐乙烯‐3‐丁基咪唑溴化銨）水凝膠（VNV 水凝膠）。由于4‐乙烯基苯硼酸的引入，使聚合物鏈之間形成了一個動態的化學鍵，該鍵在外力作用下斷裂，隨后在一段時間內會恢復自愈，使制備的水凝膠敷料具備一定的自愈性能。LI H 等［29］以羧甲基殼聚糖和氧化葡聚糖為原料制備了一種新型自愈合、原位注射、可生物降解的水凝膠敷料，可以有效地防止傷口黏連，且具有一定的自愈合性。

3 總結與展望

敷料在醫學領域的應用越來越廣，由于傳統的醫用敷料功能過于單一、吸液性能不強、抑菌效果不出色，日漸被新型敷料所取代。水凝膠敷料是較為先進的敷料，相比傳統敷料具有更好的吸收性能，且保液性能出色，根據潤濕愈合理論，水凝膠敷料可以給創面提供利于傷口愈合的環境，因此相關學者也對其進行了大量的研究，通過化學改性、聚合、負載、交聯等不同方法制得了新型水凝膠敷料，有較好的抑菌效果和生物相容性，同時可以促進組織再生。但目前水凝膠敷料還面臨著強力較低、不能天然抗菌、不可降解等問題。因此，第一，可以從提升強力入手，增加敷料吸液后的強力，便于撕下更換；第二，以天然抗菌代替化學抗菌，使敷料獲得天然安全的抑菌效果；第三，通過多領域技術交叉，使敷料更加智能化、多功能化；第四，使用可降解的材料，減少環境污染。