吉林大学任露泉院士团队研制电纺丝纳米复合膜材料 用作医用抗感染敷料或有奇效

导读:近期吉林大学工程仿生教育部重点实验室任露泉院士团队赵杰课题组,制备了一种仅利用单一近红外光(NIR)激发,即可实现光动力和光热力协同抗菌效果的电纺丝纳米复合膜材料。该材料具有高生物安全性,NIR可远距离调控性,杀菌效率高等优点,在多种医用抗感染敷料,尤其是伤口包扎材料领域具有良好的应用前景。


在伤口愈合的过程中,致病菌感染经常会导致严重的并发症,极大延缓伤口愈合速度。在临床应用中,以传统杀菌剂为主的材料包扎是治愈伤口感染的常用方法,为保证其有效性,需对伤口反复拆合,更换药物,此过程不仅繁琐,也给患者带来额外痛苦,并延缓伤口愈合速度。此外,传统杀菌剂除了对环境造成污染,还存在引发细菌耐药性的风险。因此,在不拆解包扎伤口的前提下,获得一种利用外源刺激远程控制实现重复抗菌性能,且不引发细菌耐药性的功能材料意义重大(Materials Science & Engineering C 103 (2019) 109797)。


吉林大学工程仿生教育部重点实验室赵杰课题组,制备了一种可通过NIR远程控制兼具光动力学疗法(PDT)和光热力学疗法(PTT)协同抗菌性能的纳米复合膜UCNPs@TiO2@GO-PVDF,简称为UTG-PVDF。其中负载的上转换纳米粒子(UCNPs)在NIR激发下可以发射紫外和可见光,并通过荧光共振能量转移(FRET)激发外壳包裹的光敏剂TiO2,产生具有杀菌功能的的活性氧(ROS);同时,光热剂氧化石墨烯(GO)的引入不仅赋予该体系良好的PTT效果,还能作为电子受体和良导体、阻碍TiO2表面光生e--h+对重组,增加ROS的产量(图1)。相关工作发表在ACS Applied Materials& Interfaces (ACS Appl。 Mater。 Interfaces 2019, 11, 26581-26589)。



图1.(A)制备UTG-PVDF纳米复合膜的示意图。(B)UTG-PVDF在近红外光照射下的杀菌性能。


在980 nm NIR光照射下(5 min),该复合膜可以快速产生ROS,并引发光热效应,展现出可循环使用的高效PDT和PTT协同杀菌效果。此外,该复合膜能有效抑制细菌感染,加速伤口愈合。基于该复合膜的可重复杀菌性及NIR光的远程可控性,该复合膜可潜在应用于伤口包扎材料。利用NIR光外部控制实现多次“开-关”杀菌过程,避免反复拆扎伤口,抗菌效果显著同时能显著加快伤口愈合速度。细菌实验结果表明:与单一的PDT或PTT抗菌效果相比,协同的PDT/PTT展现出显著增强的抗菌效果(图2),并表现出良好的可重复性杀菌效果。



图2。(A)附着在复合膜上的金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的扫描电子显微镜图,(标尺: 2 μm,插图标尺: 1 μm)。(B)经复合膜处理过的金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的激光共聚焦显微镜图,(标尺: 40 μm)。


此外,小鼠表皮抗感染实验结果表明:与空白组及具有PDT或PTT单一功能的材料相比,协同PDT/PTT治疗组(UTG-PVDF+NIR)展现出有效抑制伤口感染以及显著加快伤口愈合的效果(图3)。



图3.(A)四组小鼠在治疗过程中不同时间伤口的照片。(标尺: 2.5 mm)。(B)评价不同样品治疗后第2、4、6、10天创面变化柱状图。经过苏木精-伊红染色后,不同样品治疗后小鼠皮肤组织:(C)对照组;(D)UG-PVDF+NIR;(E)UT-PVDF+NIR;(F)UTG-PVDF+NIR。


关键字:纳米复合膜材料
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