牙周炎是一种由牙菌斑生物膜介导的慢性炎症性疾病，已被世界卫生组织列为全球口腔健康的主要威胁之一[1]。根据一项横断面流行病学调查，不同种族人群中牙周炎的患病率很高。成人牙周炎的总体患病率为55.1%至67.9%，而重度牙周炎的患病率为17.6%至30.1%[2]。如果不进行治疗，牙周炎不仅会损害咀嚼功能和面部美观，还会降低患者的生活质量。它还会导致牙周组织（包括牙龈、牙骨质、牙周韧带和牙槽骨）的进行性破坏，最终导致牙齿丧失[3]。此外，牙周炎在流行病学上与心血管疾病[4]、2型糖尿病[5]、炎症性肠病[6]和阿尔茨海默病[7]的易感性增加有关。因此，迫切需要开发一种新的、微创的、高效且安全的牙周病治疗方法。目前，牙周炎的传统临床治疗仍依赖于机械清创（龈下刮治和根面平整[8]，这些方法可以减少牙齿表面的菌斑附着。然而，这些程序仅针对特定的牙齿区域，无法完全清除生物膜。而且，由于难以进入深牙周袋和复杂的解剖结构，这些方法也受到限制[9]。残留的病原体还可能引发疾病复发。此外，全身性抗生素可以帮助进行牙周消毒。然而，长期全身使用此类抗菌剂可能会诱导耐药菌株的出现和传播，还会引起一系列全身性不良反应，严重限制了其在牙周病长期管理中的临床应用。鉴于此，局部给药抗菌剂已成为牙周炎治疗的关键辅助干预方法。这种治疗方法可以有效控制牙周袋内的细菌负荷，同时提高治疗的整体安全性和有效性[10]。因此，探索一种新型的牙周抗菌剂局部递送系统对于管理牙周感染至关重要。
水凝胶具有高含水量、与天然口腔黏膜组织相匹配的模量值以及优异的生物相容性。由于这些重要特性，水凝胶作为理想的候选材料已在生物医学领域得到广泛应用[11]、[12]、[13]、[14]、[15]、[16]。值得注意的是，水凝胶的孔径大小可调，特别适合用作缓释药物的载体材料。目前，研究人员在开发先进的牙周炎治疗策略方面取得了显著进展[17]、[18]、[19]、[20]、[21]、[22]。Tan等人[23]将一种多功能Ag-TiO2-x纳米复合材料应用于局部抗菌系统。在相对较低的H2O2浓度下，该系统可以产生ROS和O2，从而优化局部牙周组织的缺氧微环境。这种Ag-TiO2-x纳米复合材料还可以显著抑制致病细菌的脂多糖（LPS）引起的炎症反应。这些效果共同为受损牙周组织的修复创造了有利的生理条件。Liu等人[24]开发了一种可注射的光交联ZIF-8/明胶甲基丙烯酸酯水凝胶。该水凝胶能够持续释放Zn²⁺，同时具有移动性、光聚合性能和良好的细胞相容性。然而，这种疗法的应用仍受到以下限制：首先，需要持续给药，导致治疗时间不足；其次，大多数水凝胶系统在生理条件下容易发生膨胀和随后的结构分解。这些问题不仅会降低水凝胶的机械强度，还会导致复合水凝胶预期治疗效果的丧失。考虑到抗膨胀功能的需求，Yu等人[25]将柔性长链水凝胶基质注入预先形成的大分子网络中，并进行原位交联以稳定复合水凝胶系统的整体结构。尽管这种水凝胶具有良好的膨胀性和强的机械性能，但其抗菌性能仍有待提高。
因此，开发一种结合抗膨胀、长效缓释和抗菌功能的地方递送载体已成为牙周治疗的热门研究课题。聚丙烯酰胺（PAM）和聚丙烯酸（PAA）含有大量的羧基和氨基，因此可以通过物理相互作用制备水凝胶[26]。此外，水凝胶还应具有抗菌性能[27]、[28]、[29]。虽然壳聚糖作为抗菌材料被广泛使用，但由于其在水中溶解度较低且在酸中易溶的特性，进一步的发展受到限制。鉴于此，当前的研究集中在壳聚糖的化学修饰、物理交联和其他策略上。这些方法旨在优化其物理化学性质和应用兼容性，进一步拓宽其在生物医学及相关领域的应用前景[30]、[31]。Liu等人[32]制备了疏水性癸基修饰壳聚糖和5'-二磷酸修饰透明质酸。他们使用这两种改性生物聚合物作为核心材料，增强了材料的血液粘附特性并优化了其凝血功能。Shi等人[33]制备了一种PAA/壳聚糖冻干水凝胶，具有半互穿网络结构和优异的机械性能。Xie等人[34]制备了一种羧甲基壳聚糖/海藻酸钠/右旋糖酐氧化物的水凝胶，具有良好的粘附性、机械性能和生物降解性。这种水凝胶能够在体内形成稳定的结构，并与周围组织结合以实现有效的止血。与天然壳聚糖相比，季铵化壳聚糖（QCS）具有优异的溶解性、更强的抗菌活性和良好的生物相容性[35]、[36]、[37]。作为一种季铵化程度超过90%的阳离子抗菌聚合物，QCS具有季铵阳离子基团。这些基团不仅表现出显著的广谱抗菌和抗真菌活性，还能通过静电相互作用实现高效的目标粘附[38]。这些独特特性使QCS成为开发高性能凝胶材料的理想功能组分，为本研究的设计奠定了基础。
本研究报道了一种具有长效缓释、抗膨胀和抗菌性能的多功能水凝胶。该水凝胶是通过使用丙烯酰胺（AM）、丙烯酸（AA）和QCS作为共聚单体，通过自由基共聚反应制备的。具体来说，QCS的引入与PAM/PAA分子链形成了更稳定的化学键和分子间氢键，从而为四环素盐酸盐（TH）的持续和可控释放提供了结构支持。此外，体外实验证实，PAM/PAA/QCS水凝胶表现出优异的抗菌活性和良好的生物相容性。因此，本研究制备的水凝胶是治疗牙周炎的有希望的候选材料。
