锌/儿茶酚树脂微球功能化复合水凝胶通过抗菌抗炎协同作用促进细菌感染伤口愈合

本研究针对细菌感染伤口微环境中炎症加剧和修复受阻的难题，开发了一种具有异质结构的锌/儿茶酚树脂微球(Zn/CFRs)功能化复合水凝胶(CH-ZnCFR)。通过水热法构建的Zn/CFRs具有Zn2+富集表面和内部ZnO纳米颗粒的特殊结构，使水凝胶能实现Zn2+的快速释放和14天持续释放。该材料展现出优异的抗菌性能（对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌抑制率达99.9%）、促进巨噬细胞向M2型极化（IL-10提升50%）以及加速成纤维细胞迁移（迁移率73.5%）等多重功效。动物实验证实其可有效抑制细菌生长、减轻炎症反应并促进血管新生，为慢性感染伤口治疗提供了新型多功能敷料解决方案。

　　

慢性伤口愈合一直是临床面临的重大挑战，特别是伴有细菌感染的伤口，持续的炎症反应和微生物定植会严重阻碍组织再生过程。传统敷料往往难以同时满足抗菌、抗炎和促进组织再生的多重需求，而金属基材料如氧化锌(ZnO)又存在离子释放不稳定等问题。针对这一困境，青岛大学纺织服装学院功能纺织品与先进材料研究所的Lianyi Qu、Anle Yang等研究人员创新性地将金属-酚醛网络与多糖水凝胶相结合，开发出具有时空可控锌离子释放特性的多功能伤口敷料，相关成果发表在《Regenerative Biomaterials》上。

研究团队采用水热法一步合成异质结构Zn/CFRs微球，通过光交联甲基丙烯酰胺壳聚糖(CSMA)与醛基化透明质酸(OHA)的席夫碱反应构建双网络水凝胶。关键技术包括：优化Zn/CFRs合成参数（反应温度160°C、时间6小时）；表征微球形貌（SEM/TEM）和化学结构（XPS/FTIR）；检测Zn²⁺释放动力学（ICP-MS）；评估体外抗菌活性（金黄色葡萄球菌/大肠杆菌模型）；分析巨噬细胞极化（ELISA检测TNF-α/IL-6/IL-10）；建立小鼠全层皮肤感染模型（金黄色葡萄球菌接种）。

【材料表征】通过系统优化合成条件（图2A），成功制备出直径1.8μm、Zeta电位-38.2 mV的单分散Zn/CFRs微球（图2B-D）。XPS分析证实微球表面存在氧化态Zn（Zn 2p_3/2 1021.7 eV），TEM显示内部嵌有ZnO纳米颗粒（图2E-H），形成独特的"表面Zn²⁺-内部ZnO"异质结构（图2I）。

【水凝胶性能】CH-ZnCFR展现出自愈性（40分钟修复）、强组织粘附力（13.7 kPa）和适宜降解性（图4）。FTIR证实席夫碱键形成（892 cm^-1特征峰），SEM显示微球均匀分布在40μm孔径的网络中（图4B）。特别值得注意的是其Zn²⁺释放呈现两阶段特征：初期24小时释放20%（0.79 ppm）达到抗菌浓度，后续14天持续释放（图5A）。

【抗菌抗炎】CH-ZnCFR对两种病原菌的抑制率达99.9%（图5B），SEM观察显示细菌膜结构严重破裂（图5C）。通过下调促炎因子TNF-α（5.2 vs 8.1 ng/mL）和上调抗炎因子IL-10（95.6 vs 63.8 pg/mL），显著促进巨噬细胞向M2型极化（图5I-K）。

【伤口愈合】小鼠感染模型显示，CH-ZnCFR组3天抗菌率99%，14天伤口闭合率达97%（图6）。组织学分析显示更厚的肉芽组织（788μm）、有序胶原排列（图6F-H）和更多新生血管（CD31⁺面积增加50%），免疫荧光证实M2型巨噬细胞(CD206⁺)比例显著提高（图7）。

该研究通过精巧设计异质结构微球，解决了Zn基材料释放动力学不可控的难题，首次实现了Zn²⁺在伤口愈合不同阶段的精准调控。CH-ZnCFR兼具快速抗菌和持续免疫调节功能，其促进胶原沉积和血管新生的效果为慢性感染伤口治疗提供了新思路。特别是通过调控巨噬细胞极化平衡炎症微环境的设计策略，为开发智能响应型伤口敷料指明了方向。这种将金属离子控释技术与免疫微环境调控相结合的研究范式，对组织工程材料的设计具有重要启示意义。