隨著全球老齡化加劇，股骨骨折發(fā)生率逐年上升，髓內(nèi)釘固定術(shù)成為治療骨折的常用方法。然而，此過程常伴隨骨髓腔血管損傷，導(dǎo)致顯著的隱性出血。水凝膠作為止血材料面臨粘附力、力學(xué)強度和韌性之間的平衡挑戰(zhàn)。針對這一問題，北京理工大學(xué)陳煜團隊與積水潭醫(yī)院李波團隊合作開發(fā)了一種雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠（CGC/P）。該水凝膠通過葡萄糖酸內(nèi)酯（GDL）與羧甲基殼聚糖（CMCS）的結(jié)合，增強了水凝膠的粘附性，并通過調(diào)節(jié)pH形成動態(tài)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合PAM化學(xué)交聯(lián)進一步提升了力學(xué)性能。水凝膠涂層在兔子股骨髓內(nèi)釘手術(shù)中展現(xiàn)了顯著的止血效果，并促進了骨生成，提供了水凝膠在止血涂層中的創(chuàng)新應(yīng)用解決方案。
本研究受到蝸牛粘液網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和脫水誘導(dǎo)粘附增強策略的啟發(fā)，開發(fā)了CMCS-GDL-Ca2+/PAM（CGC/P）雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠用于止血涂層（圖1）。GDL通過氨基化反應(yīng)與CMCS結(jié)合，一方面釋放的H+促進Ca2+從Ca(OH)2中解離，形成動態(tài)的物理交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)；另一方面GDL引入的羥基基團通過增強氫鍵作用，提高了水凝膠的粘附性能，模擬蝸牛粘液中由離子協(xié)調(diào)、電荷相互作用和氫鍵形成的粘附網(wǎng)絡(luò)。此外，通過MBA交聯(lián)的PAM網(wǎng)絡(luò)提升了水凝膠的力學(xué)強度和穩(wěn)定性。最后，通過脫水誘導(dǎo)增強的方法，進一步增強粘附。
CGC/P水凝膠的粘附性能隨著GDL含量的增加顯著增強。在脫水過程中，水凝膠的粘附強度最大可增強50.14倍，達到626.75 kPa（圖2）。GDL通過增強氫鍵作用和調(diào)節(jié)表面親疏水性，顯著提高了水凝膠與金屬表面之間的粘附力，使其能夠牢固附著于髓內(nèi)釘表面，有效防止植入過程中的涂層脫落。經(jīng)過多次循環(huán)后，水凝膠仍保持穩(wěn)定的粘附強度，展示了其優(yōu)異的穩(wěn)定性。
圖2 水凝膠在鈦合金片上的剪切粘附性能。
圖4 髓內(nèi)釘種植體周圍骨再生的評價。
CGC/P雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠憑借其優(yōu)異的力學(xué)性能、粘附力、止血效果和促進骨愈合的潛力，為髓內(nèi)釘?shù)裙强浦委熖峁┝艘环N創(chuàng)新的解決方案，在臨床前測試中展現(xiàn)了良好的應(yīng)用潛力，未來有望成為骨科手術(shù)中理想的止血材料。
論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S138589472500909X
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