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针对上述问题，中山大学吴丁财教授等研究人员成功合成了一种新型多功能ε-聚赖氨酸接枝二氧化锰纳米交联剂，并以此构建了一种名为OSEG的可注射水凝胶。该水凝胶顺利获得亚胺键、氢键和离子键迅速形成稳固且多功能的交联网络，在心脏出血等危重伤口中实现了24.9秒的快速止血。在感染性颅骨缺损大鼠模型中，OSEG水凝胶的骨体积与总体积比值达到商用止血材料SURGIFLO的3.3倍，展现出卓越的组织修复能力。该文章于2026年5月18日以《Versatile Nano-Crosslinker Enhanced Injectable Hydrogel Toward Rapid Hemostasis and Efficient Trauma Repair》为题发表于《Advanced Materials》（DOI：10.1002/adma.73277）。

图1. OSEG水凝胶的制备与生物医学应用。a) OSEG水凝胶制备及各组分功能机制示意图。b) OSEG水凝胶用于兔肝、动脉和心脏出血止血的示意图。c) OSEG水凝胶用于大鼠感染颅骨缺损修复的示意图。

（1）OSEG水凝胶的制备与表征

采用γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷修饰MnO₂纳米颗粒，制备环氧基改性的MnO₂（epoxy-MnO₂）；随后顺利获得开环反应将EPL侧链接枝到epoxy-MnO₂表面，得到EPL-g-MnO₂纳米交联剂。TEM及元素mapping显示EPL-g-MnO₂具有明确的纳米结构，N元素均匀分布；FT-IR光谱中，EPL-g-MnO₂在3248 cm⁻¹附近出现吸收峰，表明EPL侧链存在；TGA测得EPL质量含量为25.4 wt.%；Zeta电位由epoxy-MnO₂的负值正向偏移至24.9±0.6 mV，赋予其良好的分散性、血细胞及蛋白质吸附能力和抗菌性能。相比之下，MnO₂/EPL简单混合物的Zeta电位仅为4.1±0.4 mV，存在严重团聚。

将EPL-g-MnO₂与Odex、Gel和SPD复合制备OSEG水凝胶（图1a）。OSEG水凝胶呈现明显的凝胶化现象（图2a），可顺利获得直径0.64 mm细针注射（图2b）。FT-IR显示Odex中约1730 cm⁻¹的醛基特征峰在OSEG中转移至1647 cm⁻¹，证实席夫碱反应形成亚胺交联桥；OSEG在约534 cm⁻¹处出现与EPL-g-MnO₂相似的峰，表明其参与交联网络构建（图2c）。SEM显示冻干OSEG水凝胶具有三维多孔网络结构（孔隙率约44%），C、N、O和Mn元素均匀分布（图2d）。OSEG水凝胶在潮湿环境中溶胀率最低（图2e），凝胶化时间为35.3±4.5秒，显著低于OG（722.7±34.3秒）、OSG（84.7±秒）、OSMG（82.0±6.6秒）和OSMEG（60.0±4.6秒）（图2f）；流变学分析证实其交联动力学显著加速（图2g），20分钟时储能模量（G'）在所有样品中最高（图2h）。OSMEG水凝胶则表现出更疏松的多孔结构、更高溶胀率、更慢凝胶化过程和更低G'，表明EPL-g-MnO₂的杂化纳米结构能有效促进稳健交联网络构建。OSEG水凝胶在15分钟内实现自愈合，外部张力下保持完整性（图2i）；振荡应变扫描显示其网络在应变超过250%时断裂，37°C下15分钟后基本恢复（图2j）。

图2. 水凝胶的凝胶化与表征。a) OSEG水凝胶形成的数码照片。b) OSEG水凝胶注射性的数码照片。c) 冻干Odex、Gel和OSEG的FT-IR光谱。d) 冻干OSEG水凝胶的SEM图像。比例尺，10 µm。e) OG、OSG、OSMG、OSMEG和OSEG水凝胶的溶胀率（n = 3）。f) OG、OSG、OSMG、OSMEG和OSEG水凝胶的凝胶化时间（n = 3）。g) OSEG水凝胶时间扫描测试中的储能模量（G'）和损耗模量（G''）。h) OG、OSG、OSMG、OSMEG和OSEG水凝胶的最大储能模量（G'）值。i) OSEG水凝胶自愈合行为的数码照片。j) OSEG水凝胶的振荡应变扫描测试及后续时间扫描测试。数据以平均值±标准差表示。（ns = 无显著性，* p < 0.05，** p < 0.01，*** p < 0.001）。

（2）OSEG水凝胶的力学与粘附性能

拉伸和压缩测试结果显示（图3a-d），OG水凝胶的拉伸和压缩强度分别为24.3±2.3和188.8±21.6 kPa，OSG水凝胶为59.1±5.0和303.3±35.7 kPa，OSMG水凝胶为74.2±6.8和448.4±47.2 kPa，OSMEG水凝胶为95.5±和680.2±65.7 kPa，强度随SPD、MnO₂和EPL的引入逐步增加。OSEG水凝胶的拉伸和压缩强度最高，达115.3±4.3和970.5±4 kPa，该结果归因于EPL-g-MnO₂杂化纳米结构的单分散性及共价键界面增强了交联网络稳定性。粘附强度测试（图3e、f）显示，OG、OSG、OSMG、OSMEG和OSEG水凝胶的粘附强度依次为12.6±0.4、29.0±1.4、34.5±4.0、45.0±1.1和56.3±1.5 kPa，呈递增趋势。OSEG水凝胶在拉伸、弯曲、扭转和水冲洗后仍可在猪皮上稳定粘附（图3g）。爆破压力测试（图3h、i）中，OSEG水凝胶达到322.3±18.6 mmHg，高于OG（24.7±6.1 mmHg）、OSG（129.0±12.3 mmHg）、OSMG（205.0±21.5 mmHg）和OSMEG（259.0±13.0 mmHg）水凝胶，可承受正常人的最大收缩压（140 mmHg）。EPL-g-MnO₂杂化纳米结构的引入全面提升了OSEG水凝胶的机械和粘附性能。

（3）OSEG水凝胶的体外生物学效应

顺利获得溶血率测量评估水凝胶的血液相容性（快速止血的基本前提）。图4a显示，所有水凝胶的溶血率均低于5%（ASTM标准，F756:2008），证实了其良好的血液相容性。为研究水凝胶促进血液凝固的能力，将血液加入水凝胶包被的96孔板中。图4b、c显示，与空白组、OG、OSG、OSMG和OSMEG组相比，OSEG组的血液凝固显著加速。顺利获得SEM表征各组形成的血凝块形态（图4d），从OG、OSMG、OSG、OSMEG组到OSEG组，红细胞（RBC）粘附数量逐渐增加，均高于空白组。这种凝血能力的改善归因于水凝胶中活性基团（如醛基和氨基）与血液组分的相互作用，促进了稳固血凝块的形成。值得注意的是，OSEG组的红细胞粘附数量显著高于OSMEG组，表明EPL-g-MnO₂的杂化纳米结构防止了因组分过度团聚导致的正电荷降低。

鉴于严重创伤中常发生细菌感染，选择金黄色葡萄球菌（S. aureus，革兰氏阳性）和大肠杆菌（E. coli，革兰氏阴性）作为模型细菌评估水凝胶的抗菌能力。与空白组类似，由于缺乏EPL组分，OG、OSG和OSMG组未观察到显著的抗菌活性（图4e-g）。同时，OSEG组对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的菌落均表现出近100%的减少，远高于OSMEG组，表明其具有充足的抗菌活性。顺利获得SEM观察各水凝胶孵育后金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的细菌形态。如图4h所示，OG、OSG和OSMG组中金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的细菌膜完整光滑，与空白组相似。由于EPL的引入，OSMEG组中细菌的结构完整性受损，表现为大肠杆菌出现褶皱、金黄色葡萄球菌表面边缘结构受损。对于OSEG组，金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的细菌膜明显破裂，细菌细胞质泄漏。OSEG水凝胶增强的抗菌性能还可归因于其更高正电荷的EPL侧链，有效破坏细菌膜完整性。

图4. 水凝胶的血液相容性、凝血能力和抗菌活性。a) 水凝胶的溶血率（n = 3）。b) 空白组和水凝胶包被孔中随时间变化的血液凝固情况。c) 空白组和水凝胶包被孔中的血液凝固时间（n = 3）。d) 孵育4分钟后空白组和水凝胶包被孔中血凝块的SEM图像。比例尺，150 µm（上）和15 µm（下）。e) 37°C孵育8小时后细菌菌落的数码照片（大肠杆菌和金黄色葡萄球菌），及f) 大肠杆菌和g) 金黄色葡萄球菌在不同组中的存活率（n = 3）。h) OSEG水凝胶处理前后大肠杆菌（上）和金黄色葡萄球菌（下）的SEM图像。红色箭头表示破裂的细菌膜。比例尺，2 µm。数据以平均值±标准差表示。（ns = 无显著性，* p < 0.05，** p < 0.01，*** p < 0.001）。

（4）OSEG水凝胶的体外细胞相容性、ROS清除、成骨与免疫调节

将人骨髓间充质干细胞与水凝胶在Transwell小室中共培养。CCK-8检测结果显示，培养3天和7天后，OSG组细胞增殖率高于空白组和OG组，证实了SPD的促增殖作用（图5a）；OSMG、OSMEG和OSEG组细胞活力进一步增加，归因于MnO₂的促增殖效应。将共培养的hMSCs暴露于100 µM H₂O₂后，使用DCFH-DA探针检测细胞内ROS水平。流式细胞术分析显示，H₂O₂处理的对照组和OG组细胞内ROS水平显著升高，而OSG组由于SPD的存在，ROS水平维持在未处理空白组相当的水平（图5b、c）。在H₂O₂存在下评估水凝胶的成骨能力，H₂O₂处理的对照组和OG组中BMP2、RUNX2和COL1等成骨标志物表达下降（图5d、e）；OSMG、OSMEG和OSEG组中上述标志物表达水平高于未处理的空白组，该结果得到ALP染色、定量ALP检测和ARS染色的支持（图5f）。LPS处理的OSMG、OSMEG和OSEG组与LPS处理的对照组、OG和OSG组相比，细胞内ROS水平降低，M1/M2巨噬细胞平衡向M2表型转变（图5g），归因于SPD与MnO₂的协同作用增强ROS清除并促进巨噬细胞从M1向M2极化；OSEG、OSMG和OSMEG组之间无显著差异。OSEG水凝胶表现出较慢的降解和SPD释放速率，具有持续的生物活性潜力；在pH 5.5下，其降解和SPD释放速率快于pH 7.4，表明酸性环境加速交联网络分解。在pH 5.5下，OSEG水凝胶提取物表现出比pH 7.4下更好的抗菌、促增殖、ROS清除、成骨和免疫调节能力，表明加速降解增强了EPL-g-MnO₂和SPD的暴露。抗菌EPL侧链与抗炎MnO₂基底以及SPD协同作用，共同调节微环境以促进组织修复。

图5. 水凝胶体外ROS清除、成骨和免疫调节作用。a) 培养1、3和7天后hMSCs的活力（n = 6）。b) hMSCs细胞内ROS水平的FCM分析及c) 相应定量（n = 3）。d) hMSCs成骨相关基因（n = 6）和e) 蛋白的表达。f) hMSCs的ALP和ARS染色（比例尺：300 µm）。g) RAW 264.7巨噬细胞中DCFH-DA探针检测总细胞内ROS及CD206/iNOS染色的荧光图像。比例尺，100 µm（上）和150 µm（下）。数据以平均值±标准差表示。（* p < 0.05，** p < 0.01，*** p < 0.001）。

（5）OSEG水凝胶的体内止血性能

使用兔肝、动脉和心脏出血模型评估OSEG水凝胶与医用纱布和商用止血剂SURGIFLO的止血能力（图6a）。肝脏切口（15 mm×5 mm）、股动脉穿刺（0.64 mm）和心脏穿刺（1.2 mm）建立出血模型。OSEG水凝胶肝脏止血时间为12.1±2.5秒，失血量0.7±0.3克（图6b、c），优于纱布（403.5±14.6秒，4.6±0.8克）和SURGIFLO（406.5±30.2秒，4.2±0.7克）。动脉出血中，OSEG水凝胶止血时间19.3±5.5秒，失血量2.8±0.9克（图6b、d），优于纱布（736.8±77.9秒，17.0±4.0克）和SURGIFLO（636.3±88.9秒，15.0±3.4克）。心脏出血中，OSEG水凝胶止血时间244.9±秒，失血量3.0±克，纱布和SURGIFLO无法止血（图6b、e）。该止血效果优于此前报道的可注射水凝胶、水凝胶贴片和止血敷料。OSEG水凝胶的止血性能源于EPL-g-MnO₂纳米交联剂构建的交联网络，整合了机械强度、组织粘附和血液凝固能力，可在高爆破压力和潮湿环境下实现即时创伤密封。

图6. 兔肝、动脉和心脏出血模型中的止血效果。a) 兔肝脏、股动脉和心脏损伤止血示意图。b) OSEG水凝胶用于兔肝脏、股动脉和心脏损伤止血的代表性照片。c) 兔肝脏损伤模型中纱布、SURGIFLO或OSEG水凝胶处理的失血量（棕色柱）和止血时间（蓝色柱）（n = 3）。d) 兔股动脉损伤模型中纱布、SURGIFLO或OSEG水凝胶处理的失血量（棕色柱）和止血时间（蓝色柱）（n = 3）。e) 兔心脏损伤模型中纱布、SURGIFLO或OSEG水凝胶处理的失血量（棕色柱）和止血时间（蓝色柱）（n = 3）。数据以平均值±标准差表示。

（6）OSEG水凝胶的体内肝脏修复、抗菌与抗炎效果

评估OSEG水凝胶对肝脏切口修复的影响。顺利获得手术刀在小鼠中创建肝脏切口（5 mm×3 mm），随后用纱布、SURGIFLO或OSEG水凝胶处理（图7a）。术后第7天，纱布组和SURGIFLO组显示广泛的未愈合区域；OSEG组的未愈合区域收缩为线性形状，修复组织内有大量肝细胞再生（图7b）。14天后，OSEG组的切口变得可忽略不计，纱布组和SURGIFLO组的切口仍然可见，显示随机取向的胶原纤维。

在小鼠皮下感染模型中评估OSEG水凝胶的抗菌和抗炎性能（图7c）。治疗后第3天，H&E染色和Giemsa染色显示，OSEG组的炎症细胞和金黄色葡萄球菌菌落少于感染对照组和SURGIFLO组（图7d）。OSEG组在第3天表现出最高的CD206⁺/CD68⁺比率和最低的CD86⁺/CD68⁺比率。7天后，OSEG组仍显示出少于感染对照组和SURGIFLO组的炎症细胞和金黄色葡萄球菌菌落，伴随更高比例的M2巨噬细胞和更低比例的M1巨噬细胞。体内降解曲线显示，OSEG水凝胶在植入28天后几乎完全降解。

图7. 小鼠肝损伤和皮下感染模型中的肝脏修复、抗菌和抗炎效果。a) 小鼠肝损伤模型愈合示意图。b) 术后7天肝脏组织的H&E和Masson三色染色。黑色虚线勾勒未愈合区域。比例尺，200 µm。c) 小鼠皮下感染模型和OSEG水凝胶注射示意图。d) 术后第3天组织的H&E、Giemsa、CD86/CD68和CD206/CD68染色。比例尺，100 µm。红色箭头表示细菌。

（7）OSEG水凝胶在大鼠感染颅骨缺损模型中的止血与促愈合效果

在大鼠金黄色葡萄球菌感染颅骨缺损模型中研究OSEG水凝胶的治疗潜力（图8a）。OSEG水凝胶在所有组中实现了最少的失血量（278.0±42.5 mg）和最受限的出血面积（图8b）。血常规分析显示，OSEG组的白细胞和中性粒细胞水平与未感染的空白组相当，低于感染对照组和SURGIFLO组（图8c）。血清丙二醛和晚期氧化蛋白产物水平用于评估全身氧化应激。

使用显微计算机断层扫描分析术后6周和12周大鼠颅骨缺损。6周时，感染对照组和SURGIFLO组沿缺损边缘的新骨形成有限；OSEG组的颅骨缺损明显小于未感染的空白组（图8d）。12周时，OSEG组观察到广泛的新骨形成和几乎桥接的缺损，感染对照组和SURGIFLO组显示愈合受损，缺损区域大于未感染的空白组。BV/TV和骨矿物质密度的半定量分析显示，OSEG组在所有组中表现出最高的BV/TV和BMD（图8e）。12周时，其BV/TV是SURGIFLO组的3.3倍和未感染空白组的1.7倍，BMD达到SURGIFLO组的2.5倍和未感染空白组的1.6倍。H&E染色和Masson三色染色进一步证实OSEG组增强的新骨形成，12周后缺损缩小至最小尺寸，感染对照组和SURGIFLO组显示有限的新骨形成（图8f）。治疗后12周心脏、肝脏、脾脏和肾脏的组织学检查未发现明显病变。基于多功能EPL-g-MnO₂纳米交联剂设计的OSEG水凝胶，整合了高机械强度、强湿组织粘附和高效的创伤管理能力，满足止血的机械要求和后续愈合的复杂生物学需求。

图8. 大鼠感染颅骨缺损模型中的止血和促愈合效果。a) 大鼠感染颅骨缺损模型中OSEG水凝胶应用的实验设计示意图。b) 缺损部位的出血面积。c) 术后第1、3和7天的白细胞水平（n = 5）。d) 术后6周和12周骨缺损的Micro-CT图像。比例尺，2 mm。从上到下显示总观、冠状面和矢状面视图。红色虚线圈出缺损边界。e) 术后6周和12周的BV/TV分析（n = 5）。f) 术后6周和12周缺损的H&E（上）和Masson三色（下）染色。比例尺：总观，2 mm；插图，200 µm。数据以平均值±标准差表示。（** p < 0.01，*** p < 0.001）。