随着治疗材料在伤口护理和皮肤生物电子学领域的应用日益广泛，人们对用于个人治疗和健康管理的多功能水凝胶的需求也越来越大。然而，传统敷料和皮肤生物电子器件的功能有限、机械不兼容且实用性不高，这极大地限制了它们在临床环境中的广泛应用。

近期，华东师范大学徐敏研究员团队制备了一种纤维素纳米纤维（CNFs）增强的聚离子液体（PILs）复合水凝胶（PACxVy），可用于感染伤口治疗和实时可靠的生物电子设备。该水凝胶呈现出有序的互连蜂窝结构，具有优异的拉伸性、出色的弹性和低滞后性。作为伤口敷料，水凝胶可以提供密封伤口的粘附性、生物相容性和卓越的抗菌活性，能有效抑制细菌生长，加速感染伤口愈合。ILs使水凝胶具有高导电性、出色的传感性能和令人印象深刻的温度响应。因此，该水凝胶也可用作新型柔性生物电子器件，准确捕捉从大应变到微小生理信号的运动信号，如身体运动、心率、脉搏和体温等。值得注意的是，通过将水凝胶与定制的单芯片相结合，制造出了一种双通道远程临床报警系统，可无线实时监测手指关节的运动和温度变化，从而在患者和伤员之间建立起沟通渠道，及时提供有效的医疗干预。总之，这一系列研究工作表明水凝胶对改善个人治疗和健康管理具有重要意义。

图1.A）PACxVy水凝胶制备示意图，B）PAC2V3水凝胶用作伤口敷料，以及C）应变传感器、温度传感器和电生理传感器。

图2.（A）冷冻干燥PAC₀V₂的SEM图像。（B,C）PAC₂V₂水凝胶的横截面、（D,E）纵截面和（F）EDS元素（C，N，O和Br）映射图像。

图3.（A）照片显示了PAC₂V₂水凝胶的超拉伸性能。（B）PAC₂V₂水凝胶可压缩至70%应变并迅速恢复原状。（C）具有不同TOCNs含量的PAC_xV₂水凝胶的拉伸应力-应变曲线。（D）不同伸长率下PAC₂V₂的5次循环应力-应变曲线（为清晰起见沿λ偏移）。（E）PAC₂V₂水凝胶在500%拉伸应变下的5次循环应力-应变曲线和（F）相应的能量耗散/能量耗散比。（G）PAC₂V₂水凝胶在30%、50%和70%应变下的5次循环压缩应力-应变曲线测试。（H）PAC₂V₂水凝胶在70%压缩应变下的5次循环压缩应力-应变曲线和（I）相应的能量耗散/能量耗散比。

图4.（A）搭接剪切试验的示意图。（B）不同ILs含量的水凝胶在单个猪基质上的粘附剪切力与位移的代表性曲线。（C）PAC₂V_y水凝胶在猪上的粘附强度。

图5.（A）与对照组和PAC₂V_y组（y=0～4）共培养的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌菌落的照片，以及（B）对照组和PAC₂V_y的细菌存活率（n=3）。（C,D）含不同样品（对照和PAC₂V_y）的细菌悬浮液的OD600评估。（E）水凝胶的溶血照片和溶血率（%）（n=3）。（F）与对照、PAC0V3和PAC2V3共培养24和48小时的L929细胞的LIVE/DEAD细胞染色。

图6.（A）定性出血图像，（B）大鼠肝出血模型示意图，（C）对照、纱布、PAC₂V₀和PAC₂V₃的出血量（n=3）。（D）代表性皮肤伤口照片和（E）示意图，以及（F）不同样品处理后伤口愈合率的统计数据（n=3），*表示P<0.05，**表示P<0.01，***表示P<0.001。（G,H）第14天伤口组织的H&E染色。

图7.组织学分析。（A）第5天的TNF-α染色。（B）第10天的CD31染色和（C,D）第14天的Masson染色。

图8.（A）PAM和PAC₂V_y水凝胶的奈奎斯特图和（B）它们相应的电导率；样本量n=3。星号（*）表示达到0.05水平时存在统计学显著性差异（无显著性，NS），**p<0.01，***p<0.001。（C）PAC₂V₃水凝胶的GF以及（D）响应和恢复时间。PAC₂V₃水凝胶传感器用于（E）手指弯曲、（F）手腕处的脉搏跳动和（G）喉部运动。（H）PAC₂V₃水凝胶传感器在20～100℃范围内的归一化电阻。（I）PAC₂V₃水凝胶传感器在30-40℃之间的10个冷热交替循环。（J）PAC₂V₃水凝胶传感器在50%应变下进行1000次循环的相对电阻变化。

图9.（A和B）ECG设备的工作机理。（C）ECG信号分别由PAC₂V₃水凝胶电极和商用Ag/AgCl凝胶电极获得。（D）PAC₂V₃电极用于测量三种不同条件下的ECG信号：休息时、慢跑后和进行高膝运动后。（E）PAC₂V₃水凝胶电极24小时获得的ECG信号。（F和G）双通道实时监测和远程报警系统的工作机制示意图和图像。（H）监测手指运动和温度变化的无线传输和远程报警系统。（I）用于为言语障碍患者传输临床信息的无线传输和远程报警系统示意图。

该工作以“Cellulose-reinforced poly(Ionic Liquids) composite hydrogel for infected wounds therapy and real-time reliable bioelectronic”为题发表在《Chemical Engineering Journal》（DOI:10.1016/j.cej.2023.146816）上。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.146816