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武漢理工趙政教授團(tuán)隊(duì) Int. J. Biol. Macromol.：3D打印壓電催化水凝膠用于感染傷口的高效抗菌治療
2024-05-11  來源：高分子科技

  有效的傷口管理策略是預(yù)防感染并促進(jìn)愈合。由病原細(xì)菌感染引起的慢性傷口對(duì)患者造成嚴(yán)重的健康問題和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，因?yàn)榧?xì)菌會(huì)與免疫系統(tǒng)競爭，隨后侵入活體組織，阻礙愈合，導(dǎo)致每年數(shù)百萬人截肢甚至死亡。急需具有理想力機(jī)械性能、保持濕潤環(huán)境、表現(xiàn)出良好透氣性、生物相容性和有效抗菌活性的理想敷料。為了解決這些挑戰(zhàn)，已經(jīng)開發(fā)了各種用于傷口愈合的生物材料，包括靜電紡織纖維、聚合物薄膜、多孔泡沫和水凝膠。然而，要找到平衡透氣性、體內(nèi)降解能力和對(duì)傷口形狀和深度的定制的敷料是具有挑戰(zhàn)性的，這使得它成為一個(gè)新興的研究課題。



  最近，武漢理工大學(xué)材料復(fù)合新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室趙政教授團(tuán)隊(duì)通過甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)對(duì)絲素蛋白（SF）進(jìn)行甲基丙烯化改性制得SF-MA，在鈦酸鋇（BT）納米顆粒表面沉積銀（Ag）制得Ag@BT納米粒子，接著將SF-MA、Ag@BT與聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)混合制備出光固化漿料，然后采用數(shù)字光處理技術(shù)制備了一種新型的3D打印壓電催化SF-MA/PEGDA/Ag@BT（SPAB）水凝膠（圖1），該水凝膠表現(xiàn)出高一致性、適宜的機(jī)械性能和高孔隙率（圖2，3）。此外，SPAB水凝膠具有優(yōu)異的壓電催化性能，可在超聲條件（US）下誘導(dǎo)壓電極化生成活性氧（ROS），從而提高抗菌活性，改善感染傷口的愈合過程（圖4）。在體外超聲刺激（US）5分鐘條件下，SPAB水凝膠對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌率分別為99.23%和99.96%（圖5）。而且，SPAB 水凝膠具有良好的生物相容性和體內(nèi)降解能力。在體內(nèi)，SPAB 水凝膠治療的傷口在愈合過程中表現(xiàn)出更快的閉合速度。這可能是由于這些3D打印的水凝膠可以匹配傷口的形狀和深度來閉合傷口，從而阻止細(xì)菌進(jìn)一步感染（圖6）。因此，3D打印的壓電催化SPAB水凝膠在細(xì)菌感染傷口修復(fù)領(lǐng)域具有巨大的潛力。

 

圖1. 3D打印壓電催化SF-MA/PEGDA/Ag@BT（SPAB）水凝膠的制備及其在抗菌傷口愈合中的應(yīng)用


 圖2.Ag@BT納米顆粒的制備與表征


 圖3. 3D打印壓電催化SPAB水凝膠的制備與表征。


 圖4. 3D打印SPAB水凝膠的壓電催化功能表征

 

圖5. 3D打印壓電催化SPAB水凝膠的抗菌性能表征


圖6. 3D打印壓電催化SPAB水凝膠的體內(nèi)傷口愈合實(shí)驗(yàn)


  該研究以“3D-printed piezocatalytic hydrogels for effective antibacterial treatment of infected wounds”為題發(fā)表于《International Journal of Biological Macromolecules》。武漢理工大學(xué)材料復(fù)合新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室碩士生陳云為第一作者，趙政教授為通訊作者。該工作得到國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、湖北省自然科學(xué)基金、海南省自然科學(xué)基金聯(lián)合基金和武漢市知識(shí)創(chuàng)新專項(xiàng)項(xiàng)目等支持。


  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.131637

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