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  燒傷和創(chuàng)傷等傷口常常容易遭受細菌感染，從而引起敗血癥、急性腎衰竭和其他感染相關(guān)的并發(fā)癥。耐藥性細菌的出現(xiàn)進一步加劇了它們的威脅，耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）是最為常見的耐藥性病原菌。

  針對傳統(tǒng)光抗菌材料在黑暗條件下喪失抗菌功能的問題，近日西南大學蠶桑紡織與生物質(zhì)科學學院（家蠶基因組生物學國家重點實驗室）肖波教授團隊，以綠色、天然的家蠶平板絲為基底材料，利用蒽醌類有機光敏劑與石墨相氮化碳之間的協(xié)同效應，開發(fā)出一款高效、全天候殺滅細菌的平板絲抗菌敷料。該敷料不僅具有良好生物相容性、高效抗菌活性，同時解決了傳統(tǒng)無機光敏材料如二氧化鈦等與有機高分子載體之間結(jié)合力弱的問題。更為重要的是，該敷料類似于有“可充放電太陽能電池”，利用有機光敏劑的特定結(jié)構(gòu)，在光照激發(fā)條件下發(fā)生分子結(jié)構(gòu)重排，將抗菌活性存儲起來，并在黑暗條件下緩慢釋放活性氧，破壞細菌膜結(jié)構(gòu)，達到持續(xù)抑制細菌的目的。相關(guān)工作發(fā)表于《Advanced Healthcare Materials》上，題為“Flat Silk Cocoon-Based Dressing: Daylight-Driven Rechargeable Antibacterial Membranes Accelerate Infected Wound Healing”。

  該研究以綠色、環(huán)保的家蠶平板絲為基底載體，實行光敏劑的功能化后，在光照下產(chǎn)生大量活性氧，能有效殺滅細菌，并具有促進膠原蛋白合成、血管再生和創(chuàng)傷修復的功能。不僅如此，該敷料具有優(yōu)異的生物安全性，在感染創(chuàng)傷修復方面展現(xiàn)了良好的應用前景。 

圖1. 光活性平板絲的設計、制備和抗菌過程。(A) 和（B）四種光活性平板絲的化學結(jié)構(gòu)和SEM圖像；(C) 和（D）光活性平板絲的照片和抗菌示意圖；（E）光活性平板絲在光照下的電子轉(zhuǎn)移機制. (F) 相關(guān)的化學反應機理。

圖2. 不同平板絲的光活性性能研究。(A 到 D) 不同光活性平板絲的前線分子軌道：BD-FSC (A), g-C₃N₄-FSC (B), g-C₃N₄/BD-FSC (C) and g-C₃N₄/PMDA-FSC (D)；(E 到 H) 紫外-可見漫反射光譜：BD-FSC (E), g-C₃N₄-FSC (F), g-C₃N₄/BD-FSC (G) and g-C₃N₄/PMDA-FSC (H)；(I to L) 樣品在光照下DMPO?OH·的ESR譜圖：BD-FSC (I), g-C₃N₄-FSC (J), g-C₃N₄/BD-FSC (K) and g-C₃N₄/PMDA-FSC (L)；(M to P) 樣品在光照下DMPO-?O₂^?的ESR譜圖：BD-FSC (M), g-C₃N₄-FSC (N), g-C₃N₄/BD-FSC (O), g-C₃N₄/PMDA-FSC (P)；(Q)不同光活性平板絲分別在基態(tài)和三重激發(fā)態(tài)下的電子密度。

  為了評價不同平板絲敷料的光活性性能，首先借助于TD-DFT方法計算了四種樣品的前線分子軌道，并在光照下對樣品釋放的羥基自由基和超氧自由基等活性氧成份進行了測定和比較，最后計算了樣品在基態(tài)和三重激發(fā)態(tài)下的電子密度。研究結(jié)果表明，在四個平板絲樣品中，g-C₃N₄/BD-FSC和g-C₃N₄/PMDA-FSC兩個樣品在光照下具有較為優(yōu)異的光活性性能。 

圖3. 抗菌性能評價。(A 到 C) 不同光活性平板絲樣品在光照下對對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和耐甲氧西林金黃色葡萄球菌的抗菌性能；(D) g-C₃N₄/BD-FSC的循環(huán)使用性能；(E 到 F) 不同細菌在殺滅前后的FE-SEM和TEM圖像：大腸桿菌 (E), 金黃色葡萄球菌 (F) , 耐甲氧西林金黃色葡萄球菌 (G)；(H 到 J) SG和PI染色圖：大腸桿菌 (H), 金黃色葡萄球菌 (I) , 耐甲氧西林金黃色葡萄球菌 (J)；(M 和 N) 核酸和蛋白質(zhì)含量測定。

  圖3研究了不同光活性平板絲敷料對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和耐甲氧西林金黃色葡萄球菌等三種細菌的抗菌效果。研究結(jié)果表明，g-C₃N₄/BD-FSC和g-C₃N₄/PMDA-FSC兩個樣品在光照下對三種細菌的抗菌效果最為顯著，這個結(jié)果也與圖2中光活性性能的測試結(jié)果一致。 

圖4. 光活性儲能性能評價。(A 到 D) 紫外-可見漫反射光譜：BD-FSC (A), g-C₃N₄-FSC (B), g-C₃N₄/BD-FSC (C), g-C₃N₄/PMDA-FSC (D)；(E 到 H) 樣品經(jīng)過光照后在暗態(tài)下DMPO?OH·的ESR譜圖：BD-FSC (E), g-C₃N₄-FSC (F), g-C₃N₄/BD-FSC (G) and g-C₃N₄/PMDA-FSC (H)；(I 到 L) 樣品經(jīng)過光照后在暗態(tài)下DMPO-?O₂^?的ESR譜圖：BD-FSC (I), g-C₃N₄-FSC (J), g-C₃N₄/BD-FSC (K), g-C₃N₄/PMDA-FSC (L)；(M 到 O) g-C₃N₄/BD-FSC經(jīng)過光照后在暗態(tài)下對三種細菌的抗菌性能；(P) g-C₃N₄/BD-FSC的重復使用性能。

圖5. 光活性平板絲敷料對感染創(chuàng)傷的抗菌修復作用。(A 到 C）不同敷料在不同時間下的傷口愈合圖、愈合面積比和愈合率；(D)和(E) 皮膚組織切片的HE和Masson染色圖。

圖6. CD45, collagen I and collagen III的IHC染色分析。

  由圖6表明，以g-C₃N₄/BD-FSC和g-C₃N₄/PMDA-FSC兩個樣品作為敷料對應的感染創(chuàng)傷在修復階段（第10天）的炎癥情況明顯降低，并且在傷口修復后期，重新生長的膠原蛋白較其他敷料對照組更為明顯，這說明開發(fā)的光活性平板絲敷料具有顯著的促進創(chuàng)傷修復的作用。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adhm.202201397