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  水凝膠由于其多孔的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和與人體組織相似的物理化學(xué)性質(zhì)，在組織工程、藥物釋放和傷口敷料等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。高韌性和循環(huán)載荷下穩(wěn)定的機(jī)械性能是水凝膠材料長(zhǎng)期應(yīng)用的關(guān)鍵。然而，大多數(shù)現(xiàn)有的韌性水凝膠在有缺口的樣品中拉伸性大大降低，具有顯著的缺口敏感性，而且在連續(xù)的機(jī)械載荷下仍然會(huì)遭受疲勞斷裂。因此，如何通過(guò)簡(jiǎn)單有效的策略設(shè)計(jì)兼具高拉伸性、韌性和抗疲勞斷裂能力的水凝膠材料仍存在挑戰(zhàn)。

  為了解決以上問(wèn)題，西安交大成一龍研究員課題組以丙烯酰胺（AM）、甲基丙烯酸異氰基乙酯-谷氨酰胺（IEM-Gln）和Laponite-XLG納米粘土片為原料，基于IEM-Gln中脲鍵基團(tuán)形成的規(guī)整氫鍵以及聚合物網(wǎng)絡(luò)與納米粘土之間的氫鍵作用，采用一鍋?zhàn)杂苫酆戏ㄖ苽淞艘环N具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能的納米復(fù)合水凝膠，可用于促進(jìn)傷口愈合。

圖1. 納米復(fù)合水凝膠的設(shè)計(jì)策略。

  該納米復(fù)合水凝膠表現(xiàn)出優(yōu)異的缺口不敏感性，即使是有缺口的樣品仍然可以拉伸到原長(zhǎng)的12倍。最大斷裂能可達(dá)3250 J/m²，與雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠、關(guān)節(jié)軟骨相當(dāng)，兼?zhèn)涓呃煨院晚g性，優(yōu)于現(xiàn)有的大多數(shù)高韌性水凝膠。值得注意的是，水凝膠具有良好的抗疲勞斷裂能力，即使在50次循環(huán)后，也沒(méi)有觀察到可測(cè)量的裂紋擴(kuò)展。

圖2. 納米復(fù)合水凝膠的韌性和抗疲勞斷裂能力。

  基于納米粘土表面的強(qiáng)負(fù)電荷，納米復(fù)合水凝膠表現(xiàn)出良好的止血活性，可快速控制小鼠肝臟出血，并大大減少出血量。

圖3. 納米復(fù)合水凝膠的止血性能。

  體內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明納米復(fù)合水凝膠對(duì)小鼠全層皮膚傷口具有良好的治療效果。其高拉伸性可降低傷口組織的皮膚張力，同時(shí)良好的凝血能力可實(shí)現(xiàn)快速止血，從而起到促進(jìn)傷口愈合的作用。

圖4. 納米復(fù)合水凝膠促進(jìn)小鼠皮膚傷口愈合。

  相關(guān)工作以“Highly Stretchable Nanocomposite Hydrogels with Outstanding Antifatigue Fracture Based on Robust Noncovalent Interactions for Wound Healing”為題，發(fā)表于Chemistry of Materials。論文的第一作者為西安交通大學(xué)化學(xué)學(xué)院研究生張夢(mèng)園，西安交通大學(xué)化學(xué)學(xué)院成一龍研究員為通訊作者。該研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、陜西省顱頜面精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、西安交通大學(xué)“青年拔尖人才支持計(jì)劃”、陜西國(guó)際科技合作計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。論文的表征及測(cè)試得到西安交通大學(xué)分析測(cè)試共享中心的大力支持。

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.1c01790