隨著全球老齡化加劇,股骨骨折發生率逐年上升,髓內釘固定術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,導致顯著的隱性出血。水凝膠作為止血材料面臨粘附力、力學強度和韌性之間的平衡挑戰。針對這一問題,北京理工大學陳煜團隊與積水潭醫院李波團隊合作開發了一種雙網絡水凝膠(CGC/P)。該水凝膠通過葡萄糖酸內酯(GDL)與羧甲基殼聚糖(CMCS)的結合,增強了水凝膠的粘附性,并通過調節pH形成動態交聯網絡,結合PAM化學交聯進一步提升了力學性能。水凝膠涂層在兔子股骨髓內釘手術中展現了顯著的止血效果,并促進了骨生成,提供了水凝膠在止血涂層中的創新應用解決方案。
本研究受到蝸牛粘液網狀結構和脫水誘導粘附增強策略的啟發,開發了CMCS-GDL-Ca2+/PAM(CGC/P)雙網絡水凝膠用于止血涂層(圖1)。GDL通過氨基化反應與CMCS結合,一方面釋放的H+促進Ca2+從Ca(OH)2中解離,形成動態的物理交聯網絡;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調、電荷相互作用和氫鍵形成的粘附網絡。此外,通過MBA交聯的PAM網絡提升了水凝膠的力學強度和穩定性。最后,通過脫水誘導增強的方法,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節表面親疏水性,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釘表面,有效防止植入過程中的涂層脫落。經過多次循環后,水凝膠仍保持穩定的粘附強度,展示了其優異的穩定性。
圖2 水凝膠在鈦合金片上的剪切粘附性能。
圖4 髓內釘種植體周圍骨再生的評價。
CGC/P雙網絡水凝膠憑借其優異的力學性能、粘附力、止血效果和促進骨愈合的潛力,為髓內釘等骨科治療提供了一種創新的解決方案,在臨床前測試中展現了良好的應用潛力,未來有望成為骨科手術中理想的止血材料。
論文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S138589472500909X
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