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天津大學(xué)劉文廣團隊開發(fā)了PolyLA-SQBA水凝膠，通過蜂王酸納米膠束增強硫辛酸水溶性并誘導(dǎo)其聚合，與納米膠束氫鍵交聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，形成具有UCST特性的水凝膠。該水凝膠室溫下不粘，接觸組織后粘附，誤粘可冷卻脫離且能恢復(fù)粘性，作為口腔貼片粘附性強且持久，還能釋放活性分子展現(xiàn)多種性能，加速口腔黏膜修復(fù)。該文章于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》為題發(fā)表于《Bioactive Materials》（DOI：10.1016/j.bioactmat.2025.06.023)。

圖1 PolyLA - SQBA水凝膠的制備及應(yīng)用。（a）水凝膠制備示意圖；（b）水凝膠溫敏粘附行為；（c）水凝膠應(yīng)用示意圖

（1）制備并表征了PolyLA - SQBA水凝膠

本研究將蜂王酸（QBA）去質(zhì)子化得到SQBA（圖2A），F(xiàn)TIR結(jié)果顯示-COOH峰消失，-COO-峰出現(xiàn)，且SQBA水溶性良好（圖2A）。SQBA的兩親結(jié)構(gòu)使其能在水中自組裝成納米膠束，其Tyndall效應(yīng)（圖2C）證實了納米膠束的存在，TEM觀察到其形態(tài)（圖2D），DLS分析顯示其粒徑約為37 nm（圖2E）。實驗表明，疏水性LA能完全溶解于SQBA溶液中得到透明溶液（圖2F、G），且隨著SQBA濃度增加，其對LA的增溶能力也增加，直至達到平衡點，超過該濃度后，繼續(xù)增加LA含量會導(dǎo)致溶液變渾濁或沉淀。

圖2 SQBA的合成及表征。（a）SQBA合成示意圖；（b）QBA和SQBA的FTIR譜圖；（c）SQBA溶液的丁達爾效應(yīng)；（d）SQBA溶液的TEM圖像；（e）SQBA溶液的流體動力學(xué)直徑；（f）不同濃度SQBA溶液溶解LA的宏觀圖像；（g）SQBA溶液對LA的增溶曲線

將LA和SQBA混合物密封置于37℃，48小時后觀察其狀態(tài)（圖3A），結(jié)果表明，當(dāng)SQBA濃度為15%或20%，且LA濃度等于或高于SQBA濃度時，混合物呈凝膠狀；當(dāng)LA濃度低于SQBA濃度時，混合物呈溶液狀態(tài)。將該水凝膠命名為PolyLA - SQBA - x - y，其中x代表LA質(zhì)量濃度，y代表SQBA質(zhì)量濃度。紫外可見光譜（圖3C）顯示，該體系在37℃靜置24小時后，LA單體中含二硫鍵的五元環(huán)在330nm處的吸收峰顯著降低，靜置48小時后，該吸收峰強度繼續(xù)下降，表明LA在SQBA納米膠束內(nèi)自發(fā)發(fā)生開環(huán)聚合（ROP）。拉曼光譜（圖3D）中，LA結(jié)構(gòu)中含硫五元環(huán)的二硫鍵特征拉曼峰在510cm-1處分裂為507和524cm-1兩個峰，支持了LA的ROP。傅里葉變換紅外光譜（圖3E）顯示，與原始單體相比，LA的 - COOH和SQBA的 - COO - 的 - C = O峰發(fā)生明顯紅移，表明二者間形成強離子氫鍵。掃描電鏡測試（圖3F）結(jié)果表明，PolyLA - SQBA - 30 - 20水凝膠中，球形納米膠束在聚合物網(wǎng)絡(luò)中均勻分散，證實了水凝膠體系中納米膠束的自組裝行為。

圖3 PolyLA - SQBA水凝膠的制備與表征。（a）不同組成LA和SQBA混合物在37℃保持48小時后的狀態(tài)；（b）SQBA溶液對LA粉末的增溶及PolyLA - SQBA水凝膠的形成；（c）初始PolyLA - SQBA - 30 - 20溶液及在37℃靜置不同時間后的PolyLA - SQBA - 30 - 20水凝膠的紫外 - 可見吸收光譜；（d）LA粉末和PolyLA - SQBA - 30 - 20水凝膠的拉曼光譜；（e）LA、SQBA和PolyLA - SQBA - 30 - 20水凝膠的傅里葉變換紅外光譜；（f）PolyLA - SQBA - 30 - 20在37℃靜置24小時后的掃描電鏡圖像

（2）PolyLA-SQBA水凝膠的熱響應(yīng)性

PolyLA - SQBA - 30 - 20水凝膠在20℃時呈不透明狀，升溫至37℃時變?yōu)橥该?，繼續(xù)升溫至50℃時開始流動（圖4A）。這是因為37℃時，水凝膠體系內(nèi)的氫鍵相互作用減弱，水分子與 - COO - 形成氫鍵融入凝膠網(wǎng)絡(luò)，使可見光透過水分子使凝膠透明；溫度升至50℃時，polyLA和SQBA納米膠束間部分氫鍵被破壞，交聯(lián)密度降低，凝膠變得可流動（圖4D）。通過濁度測試確定了水凝膠的UCST（圖4B），LA含量從25%增加到45%時，相變溫度從30℃升至59℃，因為LA含量增加使水凝膠交聯(lián)密度更高。以20% SQBA和30% LA的體系為例，研究了在37℃靜置時間對所得凝膠UCST的影響，結(jié)果表明，隨著在37℃靜置時間的增加，UCST也增加，48小時后穩(wěn)定，進一步表明水凝膠的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)逐漸形成，48小時后完成（圖4C）。為深入了解PolyLA - SQBA的熱力學(xué)行為，分析了水凝膠加熱過程中紅外吸收峰的變化，研究了水凝膠樣品中極性基團間氫鍵的變化規(guī)律（圖4E）。FTIR信號顯示，隨著溫度升高，羧基和羧酸根的 - C = O鍵出現(xiàn)輕微藍移，表明加熱過程中水凝膠中的氫鍵發(fā)生斷裂。為闡明加熱過程中羧基和羧酸根間氫鍵的變化規(guī)律，利用樣品的紅外光譜構(gòu)建數(shù)據(jù)集，以溫度為變量，進行二維相關(guān)光譜（2Dcos）分析（圖4F、G）。同步譜圖顯示了光譜信號的同質(zhì)性，具體表明了官能團變化的方向和速率；異步相關(guān)譜圖將這些信息與事件的順序相關(guān)聯(lián)。在不同溫度下水凝膠的同步譜圖中，可觀察到三個顯著的自峰。這些自峰表明在加熱過程中羧酸根和羧基的 - C = O基團發(fā)生了顯著變化。值得注意的是，1640 cm^-1^處的自峰與其他信號的方向相反，這是由于加熱過程中羧基的C = O氫鍵斷裂，導(dǎo)致該位置的吸收峰藍移，向約1700 cm^-1^處移動。而1542 cm^-1^處羧酸根離子的C = O吸收峰相對強度增加，表明加熱過程中羧酸根的C = O氫鍵增強。2Dcos的結(jié)果與上述討論一致。

圖4 PolyLA - SQBA水凝膠的熱響應(yīng)性。（a）PolyLA - SQBA - 30 - 20水凝膠在20℃、37℃和50℃時的圖像；（b）不同LA含量的PolyLA - SQBA水凝膠的濁度與溫度關(guān)系；（c）不同37℃孵育時間的PolyLA - SQBA - 30 - 20水凝膠的濁度與溫度關(guān)系；（d）PolyLA - SQBA水凝膠的溫度響應(yīng)機制示意圖；（e）PolyLA - SQBA - 30 - 20水凝膠的變溫傅里葉變換紅外光譜；（f、g）PolyLA - SQBA - 30 - 20水凝膠在溫度變化過程中的二維同步光譜

（3）PolyLA-SQBA 水凝膠的生理溫度增強粘附特性

PolyLA - SQBA - 30 - 20水凝膠具有接近生理溫度的UCST，其在37℃時透明且與豬皮接觸瞬間粘附，能輕易提起豬皮（圖5A），粘附力源于羧基與組織間的多重氫鍵和靜電相互作用。冷卻至室溫，該水凝膠迅速相分離，變得不透明且失去粘附能力。在體溫下，該水凝膠緊密粘附于手臂，冷卻后可立即剝離且不留殘留物（圖5B）。將該水凝膠置于不同溫度水中豬皮與載玻片間，37℃時透明水凝膠牢固粘附豬皮與載玻片；溫度降至25℃，出現(xiàn)不透明相變區(qū)域（圖5C黑虛線指示）；溫度降至4℃，相變區(qū)域擴展至整個凝膠，豬皮脫離，水凝膠失去粘附性，證實其生理溫度增強粘附特性和低溫可剝離性。此外，該水凝膠還可粘附于口腔黏膜、胃、大腸、心臟和小腸等其他濕組織（圖5D）。

圖5 PolyLA - SQBA - 30 - 20水凝膠的粘附性能。（a）PolyLA - SQBA - 30 - 20在37℃和室溫下對豬皮的粘附演示圖像；（b）PolyLA - SQBA - 30 - 20水凝膠在人體手臂上的粘附和剝離圖像；（c）PolyLA - SQBA - 30 - 20水凝膠在不同溫度水中相變及粘附變化圖像；（d）PolyLA - SQBA - 30 - 20貼片對各種濕組織的粘附能力

拉伸剪切測試表明，PolyLA - SQBA - 30 - 20水凝膠對濕潤的口腔黏膜具有0.15 N的粘附力（圖6A）。該水凝膠粘附于口腔黏膜組織后，可承受拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)和水流沖擊而不脫落。將粘附有PolyLA - SQBA - 30 - 20水凝膠的口腔黏膜浸泡在37℃的人工唾液中24小時，水凝膠仍穩(wěn)定粘附于黏膜組織，耐受拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)和水流沖擊而不脫落（圖6B）。PolyLA - SQBA - 30 - 20水凝膠在室溫下不粘，送至大鼠牙齦區(qū)域時，立即變得透明并牢固粘附于牙齦組織，冷卻后迅速發(fā)生相變，重新變?yōu)椴煌该髑也徽车臓顟B(tài)，可輕松從牙齦組織上剝離且不留殘留物，重新放回牙齦區(qū)域時，再次變得透明并恢復(fù)粘附性能（圖6C）。PolyLA - SQBA - 30 - 20水凝膠還對口腔內(nèi)的其他組織表現(xiàn)出優(yōu)異的粘附性（圖6D）。PolyLA - SQBA - 30 - 20水凝膠可粘附于口腔黏膜約24小時，而殼聚糖貼片在3小時內(nèi)溶解（圖6E）。

圖6 PolyLA - SQBA - x - 20貼片對口腔黏膜的粘附性能。（a）PolyLA - SQBA - x - 20貼片對口腔黏膜的拉伸剪切曲線及粘附強度；（b）PolyLA - SQBA - 30 - 20體外對口腔黏膜的牢固粘附圖像；（c）大鼠口腔黏膜觸發(fā)PolyLA - SQBA - 30 - 20水凝膠的相變及粘附圖像；（d）PolyLA - SQBA - 30 - 20水凝膠能緊密粘附于大鼠口腔不同部位并承受拉伸運動的照片；（e）PolyLA - SQBA - 30 - 20水凝膠和殼聚糖貼片在口腔內(nèi)的粘附能力

（4）PolyLA-SQBA水凝膠的生物活性

PolyLA - SQBA水凝膠在PBS中對LA和SQBA的釋放行為進行了評估，LA在所有水凝膠中均表現(xiàn)出48小時內(nèi)持續(xù)釋放，且隨著水凝膠中LA含量增加，釋放率降低（圖7A）。接著，測試了PolyLA - SQBA水凝膠對ABTS自由基和羥基自由基（·OH）的抗氧化效果。水凝膠在6小時后對ABTS自由基的清除效率約為70%（圖7B），利用芬頓反應(yīng)測定水凝膠對·OH的抑制效果，30分鐘內(nèi)清除效率約為80%（圖7C）。此外，對PolyLA - SQBA水凝膠的抗菌能力進行了檢測，所有水凝膠在與S. mutans和P. gingivalis共孵育12小時后，殺菌率均超過70%（圖7D），平板涂布實驗以及抑菌圈圖像（圖7E）和相應(yīng)直徑的定量測量進一步證實了其抗菌效果。為評估PolyLA - SQBA水凝膠的血液相容性，進行了體外溶血實驗（圖7F），結(jié)果顯示，LA含量超過25%的所有配方溶血率均低于5%。圖7G展示了經(jīng)Triton X - 100（陽性組）、PBS（陰性組）和不同PolyLA - SQBA水凝膠組處理后的全血離心上清液的照片，LA含量大于25%的水凝膠組與PBS陰性對照組相似。以PolyLA - SQBA - 30 - 20水凝膠為例，采用MTT比色法研究其對人牙齦成纖維細胞（HGFs）的細胞毒性，HGFs與PolyLA - SQBA - 30 - 20共培養(yǎng)24小時后存活率高（圖7H），活/死染色進一步證實了其良好的細胞相容性（圖7I）。此外，評估了PolyLA - SQBA - 30 - 20對HGFs增殖的影響，結(jié)果顯示25 μg/mL濃度時促進細胞增殖效果最顯著（圖7J）。

圖7 PolyLA - SQBA水凝膠的生物活性及細胞相容性。（a）不同組成PolyLA - SQBA水凝膠在PBS中不同時間的單體釋放率；（b）PolyLA - SQBA水凝膠對ABTS自由基6小時的清除率；（c）PolyLA - SQBA水凝膠對·OH 0.5小時的清除率；（d）PolyLA - SQBA水凝膠與S. mutans和P. gingivalis共培養(yǎng)12小時后的殺菌率；（e）PolyLA - SQBA水凝膠對S. mutans和P. gingivalis的抑制圈；（f、g）PolyLA - SQBA水凝膠的溶血率；（h）HGFs與PolyLA - SQBA - 30 - 20水凝膠共培養(yǎng)24小時的細胞活性；（i）HGFs與PolyLA - SQBA - 30 - 20水凝膠共培養(yǎng)24小時的活/死染色；（j）HGFs與PolyLA - SQBA - 30 - 20水凝膠共培養(yǎng)1天和3天的細胞活性

（5）PolyLA-SQBA水凝膠治療大鼠口腔潰瘍

PolyLA - SQBA - 30 - 20通過皮下植入實驗評估組織相容性，植入后48小時，對心、肝、脾、肺、腎等主要器官進行組織學(xué)評估，結(jié)果顯示未對這些器官造成損傷，表明其具有良好的生物安全性和生物相容性。為評估PolyLA - SQBA水凝膠對大鼠口腔潰瘍的治療效果，以商業(yè)殼聚糖貼片為殼聚糖組，未處理組為對照組（圖8A）。PolyLA - SQBA水凝膠在生理溫度下粘附性更強，接觸大鼠口腔后迅速相變并牢固粘附于口腔黏膜。監(jiān)測潰瘍大小變化并計算潰瘍愈合效率，持續(xù)觀察8天（圖8B、C、D）。

圖8 大鼠口腔潰瘍修復(fù)實驗。（a）大鼠口腔潰瘍模型建立及PolyLA - SQBA水凝膠和殼聚糖貼片修復(fù)潰瘍的示意圖；（b）用PolyLA - SQBA水凝膠和殼聚糖貼片治療后0、2、4、6、8天大鼠口腔潰瘍的照片；（c）大鼠口腔潰瘍愈合的示意圖；（d）治療后2、4、6、8天口腔潰瘍的愈合率

PolyLA - SQBA水凝膠顯示出顯著改善的治療效果。第8天時，PolyLA - SQBA組未愈合面積遠小于殼聚糖組和對照組。第2天，PolyLA - SQBA組的傷口愈合率達到38.5 ± 2.9%，高于殼聚糖組（28.61 ± 1.74%）和對照組（24.28 ± 2.45%）。到第8天，PolyLA - SQBA組的治療效率提高到93.03 ± 4.96%，仍顯著高于殼聚糖組（78.4 ± 5.72%）和對照組（73.08 ± 1.59%）。通過H&E染色和Masson染色評估不同治療組的潰瘍愈合和膠原沉積情況（圖9A、B），第4天，PolyLA - SQBA組炎癥細胞更少；第8天，經(jīng)PolyLA - SQBA水凝膠治療的潰瘍炎癥細胞完全消失，上皮完全再生，膠原纖維排列良好，而殼聚糖組和對照組仍有炎癥細胞存在且僅部分愈合。利用免疫熒光染色進一步研究不同組別頰黏膜在細胞水平的變化（圖9C），對iNOS和MPO進行免疫熒光染色，以評估潰瘍部位炎癥細胞的浸潤情況（圖9D、E），PolyLA - SQBA組免疫熒光染色中MPO陽性細胞和iNOS陽性細胞更少。ELISA定量數(shù)據(jù)（圖9F、G）和Western Blot分析均顯示，第8天時，PolyLA - SQBA組的TNF - α和IL - 6水平顯著低于對照組和殼聚糖組，表明PolyLA - SQBA水凝膠能有效調(diào)節(jié)受損傷口的炎癥微環(huán)境。

圖9 大鼠口腔潰瘍愈合的組織學(xué)評估及炎癥因子水平檢測。（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抗體免疫熒光染色；（d、e）再生口腔黏膜中iNOS和MPO表達水平的定量分析；（f、g）第8天各組炎癥因子水平