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中科院化學(xué)所張軍/田衛(wèi)國、國家納米中心孫斐婓 AFM：纖維素基Janus智能敷料 - 用于糖尿病傷口滲出液管理與可視化監(jiān)測
2023-10-15  來源：高分子科技

  難愈合的糖尿病傷口已成為對公眾健康日益嚴(yán)重的威脅，也是再生醫(yī)學(xué)的一大挑戰(zhàn)。通常，高血糖組織滲出液，嚴(yán)重細(xì)菌感染，氧化應(yīng)激反應(yīng)等是阻礙糖尿病傷口愈合的主要原因。有效的滲出液管理對于減少糖尿病傷口的炎癥和感染至關(guān)重要。因此，迫切需要用于糖尿病傷口滲出液管理的多功能敷料。即使敷料的排液性能得到優(yōu)化，但是，當(dāng)需要更換敷料時(shí)，始終需要依靠醫(yī)學(xué)專家的經(jīng)驗(yàn)。如果存在一種智能敷料，可以診斷糖尿病傷口愈合階段，并在沒有護(hù)理專業(yè)人員的情況下指示更換敷料的正確時(shí)間，它將有效地簡化日常護(hù)理并減輕糖尿病患者的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。


  近期，中科院化學(xué)所張軍研究員、田衛(wèi)國副研究員、國家納米中心孫斐婓副研究員提出了一種具有液體定向排出能力的pH響應(yīng)纖維素基Janus無紡布敷料 (Cell-An/PCL-Ch)，用于糖尿病傷口滲出液管理，監(jiān)測和加速糖尿病傷口愈合過程。先后通過同軸氣流紡絲與靜電紡絲法，制備得到了由含有pH響應(yīng)成分（紅甘藍(lán)花青素）的纖維素親水層和含有抗菌成分（氯己定，）的聚己內(nèi)酯疏水層組成的Janus敷料。


圖1 纖維素基Janus無紡布敷料的制備流程


  良好的液體定向排出能力有利于抑制細(xì)菌增殖，緩解糖尿病傷口感染。與未修飾的纖維素?zé)o紡布敷料（Cell）進(jìn)行對比，如圖2a所示，熒光液滴垂直向上噴射并可以立即穿透Cell，最終在頂部和底部都觀察到熒光液滴。而當(dāng)熒光液滴首先接觸Janus敷料的親水層時(shí)，如圖2b所示，熒光液滴僅在底部親水側(cè)可以觀察到。相比之下，當(dāng)熒光液滴首先接觸Janus敷料的疏水表面時(shí)，如圖2c所示，熒光滴在3秒內(nèi)緩慢穿透Janus敷料，最后出現(xiàn)在頂部親水表面上。


圖2 基于纖維素?zé)o紡布的Janus傷口敷料的液體定向排出性能


  如圖3b所示，當(dāng)pH值從5增加到9時(shí)， Janus敷料的顏色逐漸從玫紅色變?yōu)樯钏{(lán)色。但是，如果pH值非常接近（例如，pH = 5和5.5），則很難用肉眼區(qū)分。理論上講，每一個(gè)細(xì)微的顏色差別都可以通過λmax-pH的嚴(yán)格函數(shù)來識別（圖3d）。但是，這種精確的光譜方法依賴于笨重的光譜儀，在實(shí)踐中不便于診斷糖尿病傷口。本文提出了一種基于便攜式智能手機(jī)的簡單方法，如圖3e所示，RGB顏色可以通過python程序從圖3b中的圖像中進(jìn)行拾取和重建。隨后可以建立R/B，R/G-pH的函數(shù)關(guān)系（圖3g，h），依賴特定的函數(shù)關(guān)系，最后通過智能手機(jī)中設(shè)置的app程序計(jì)算得到傷口的實(shí)時(shí)pH，以此來決定是否需要更換敷料。此外，Janus敷料的pH值變化還可以通過無線傳輸?shù)绞謾C(jī)的高分辨率監(jiān)控系統(tǒng) (圖3i，j)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，為醫(yī)護(hù)人員診斷糖尿病傷口的愈合過程并決定何時(shí)更換敷料提供了一種方便的方法。


圖3 pH響應(yīng)性Janus無紡布敷料進(jìn)行糖尿病傷口監(jiān)測和診斷


  在糖尿病大鼠背部制造全皮缺損傷口（×3，Φ = 10mm），以評估不同敷料的促愈合性能。如圖4b-d所示，第7天，Cell-An/PCL-Ch組傷口面積約為43%。相比之下，Cell/PCL組和紗布組的傷口面積分別為55.6%和62.2%（p <0.01）。在第14天，對于Cell-An/PCL-Ch組，糖尿病傷口幾乎完全恢復(fù)（未愈合面積，3.8%），而Cell/PCL組和紗布組分別有11.5%和20.9%的傷口區(qū)域仍未愈合。此外，得益于疏水表面對傷口的低粘附， Cell-An/PCL-Ch可以較為容易地從傷口中移除，而不會(huì)引發(fā)再次創(chuàng)傷（圖4e）。


圖4 Janus無紡布敷料的糖尿病傷口促愈合性能評估


  該項(xiàng)研究以“Cellulose-Based pH-Responsive Janus Dressing with Unidirectional Moisture Drainage for Exudate Management and Diabetic Wounds Healing”為題發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上，第一作者為中國科學(xué)院化學(xué)研究所博士研究生許展，通訊作者為中科院化學(xué)所田衛(wèi)國副研究員和國家納米中心孫斐斐副研究員。


  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202307449

  下載：Cellulose-Based pH-Responsive Janus Dressing with Unidirectional Moisture Drainage for Exudate Management and Diabetic Wounds Healing

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