醌介导组织自适应双网络水凝胶：实现瞬时止血与湿组织粘附

《Nature Communications》：Quinone-mediated, tissue-adaptive double-network hydrogel for instant hemostasis and wet-tissue adhesion

本研究针对复杂创面出血控制难题，开发了一种基于醌介导机制的组织自适应双网络水凝胶。该材料兼具湿组织即时粘附、快速止血及可注射/贴片式应用特性，在动物模型中展现出秒级止血效果与促愈合潜力，为无缝合修复提供了新材料策略。

　　

在急诊外科和战创伤救治中，控制不住的大出血是导致死亡的主要原因之一。现有的止血材料往往面临两大“天敌”：一是湿滑的组织表面（如肝、脾、肺）难以牢固粘附，二是复杂创面（如深部或不规则伤口）难以完全贴合。传统缝合不仅耗时，且对脆弱组织易造成二次损伤。尽管已有部分组织粘合剂（如纤维蛋白胶）应用于临床，但它们通常存在机械强度不足、固化条件苛刻（需干燥表面）或生物相容性差等问题。因此，开发一种能瞬间粘附湿组织、快速止住出血、并能适应不同伤口形态的新型材料，成为临床迫切需求。

针对这一挑战，研究人员受生物组织高韧性及贻贝粘附化学的启发，设计了一种醌介导的组织自适应双网络水凝胶。该研究旨在创造一种无需额外激活、可直接应用于湿创面的多功能止血粘合材料，以解决复杂出血场景下的救治难题。相关成果发表在Nature Communications上，为下一代生物医用材料的设计提供了新思路。

关键技术方法

研究通过构建互穿聚合物网络（IPN）架构，结合动态共价键（硼酸酯键）与离子配位，赋予水凝胶剪切稀化（shear-thinning）可注射性与快速自愈合能力。关键创新在于利用儿茶酚（catechol）部分氧化生成醌（quinone） 物种，实现与湿组织表面的即时共价交联，同时引入多酚成分加速凝血级联反应。验证体系涵盖小鼠肝出血模型（秒级止血）、兔大面积肝脾损伤模型及皮肤切口模型，证实其作为无缝合粘合剂的可行性。

研究结果

1. 水凝胶的设计与组织自适应粘附机制

结论： 成功构建了基于醌化学的双网络水凝胶，实现了对湿组织的即时、强韧粘附。

研究人员设计了一种由动态交联的互穿聚合物网络（double-network hydrogel）构成的水凝胶。其核心机制在于：将邻苯二酚（catechol） 基团部分氧化为高活性的醌（quinone） 基团。醌基团能与组织表面的氨基、巯基等官能团发生迈克尔加成（Michael addition） 或席夫碱（Schiff base） 反应，形成强共价键，从而在无需任何外部光、热激活的条件下，实现与湿组织的即时粘附。这种“组织自适应”特性，使其能像“智能胶水”一样，在接触到伤口瞬间即发生锚定。

2. 物理特性：可注射性与自愈合性

结论： 材料具备优异的剪切稀化与自恢复性能，适用于微创介入与动态伤口环境。

由于网络中含有动态硼酸酯键与离子配位键，该水凝胶表现出显著的剪切稀化（shear-thinning） 行为——在注射器剪切力下变稀易于推注，到达伤口后立即恢复凝胶态，完美贴合不规则创面。同时，受损的凝胶网络能在数秒内通过键的重组实现自愈合（self-healing），这一特性使其在承受组织搏动或运动带来的应力时，能保持结构完整而不破裂。

3. 快速止血效能验证

结论： 材料通过物理封堵与生化促凝双重作用，在动物模型中实现秒级止血。

在小鼠肝出血模型中，应用该水凝胶后，出血在数秒内即被完全控制，止血时间显著短于商业纤维蛋白胶组。对于更严峻的兔大面积肝、脾损伤模型，该材料同样表现出强大的出血控制能力。其止血机制是双重的：一方面，水凝胶作为物理屏障迅速封闭血管破口；另一方面，材料中引入的多酚（polyphenol） 成分能加速血小板聚集和纤维蛋白形成，即加速内源性凝血通路。

4. 作为无缝合创面闭合材料的应用

结论： 水凝胶能有效替代传统缝合线，促进皮肤伤口愈合且减少疤痕形成。

在皮肤切口模型中，该水凝胶作为无缝合（suture-free） 粘合剂，其粘接强度足以对抗皮肤张力，保证伤口对合。组织学分析显示，与缝线组相比，水凝胶组伤口炎症反应更轻，胶原沉积更有序，最终瘢痕形成更少。这表明该材料不仅能“粘住”伤口，还能为组织修复提供更优的微环境。

结论与意义

本研究成功开发了一种醌介导的组织自适应双网络水凝胶，它集成了即时湿组织粘附、快速止血、可注射适应性与无缝合修复等多功能于一体。其核心价值在于：

1. 1.
   临床转化潜力：解决了现有粘合剂“怕水”和“强度弱”的痛点，尤其适用于内脏实质脏器（肝、脾）等难处理出血和复杂战创伤。
2. 2.
   材料设计创新：利用醌-组织界面化学实现了无需外部能源的即时粘附，为生物粘合材料提供了新范式。
3. 3.
   综合性能：将止血功能与创面闭合功能融合，有望减少手术时间、降低并发症，并改善愈合美学效果。

这项工作标志着在开发下一代智能生物医用材料方面取得了重要进展，为未来临床应用于急诊止血、微创手术及组织修复奠定了坚实的实验基础。