伤口周围过多的体液渗出和感染会阻碍伤口愈合，传统的抗菌伤口敷料不能同时实现渗出液的控制和智能化的感染治疗，再加上抗菌成分和材料结构的限制，敷料易导致伤口过度水化，产生耐药菌。因此，设计一种具有互联大孔结构、低耐药几率的复合伤口敷料是非常必要的。
本研究中，研究者将纳米酶（Fe-MIL-88NH2）通过席夫碱反应接枝到甲基丙烯酸缩水甘油酯功能化的双醛壳聚糖上，再以PF-DA为交联剂，制备了纳米酶复合凝胶（CSG-MX）。CSG-MX具有高亲水性、带正电荷、pH响应性释放、纳米酶再结合能力、过氧化物酶和氧化酶模拟活性等特点，将其作为伤口敷料，可以提高伤口渗出液的管理能力和感染治疗能力（Scheme1）。
研究者以Fe-MIL-88NH2纳米酶为功能组分，GMA功能化双醛壳聚糖为单体，PF-DA作为交联剂，提高了伤口敷料渗出液调节性能和适应性抗菌性能。研究者利用SEM、TEM观察到合成的纳米酶Fe-MIL-88NH2呈八面体，CSG-MX凝胶支架为孔径均匀的疏松结构。傅里叶红外（FTIR）、X射线衍射（XRD）进一步证明了Fe-MIL-88NH2纳米酶和CSG-MX复合凝胶的成功制备。
接着，研究者评估了材料的力学性能和液体吸收能力。从应力-应变曲线中可以看出：Fe-MIL-88NH2纳米酶的加入，可以增加CSG-MX凝胶的力学强度，这是因为纳米酶可以增强凝胶的力学性能。循环压缩试验结果显示：CSG-MX在力卸载后恢复较快，力学稳定性较好。图2d显示CSG-Mx具有较高的水蒸气透过率（WVTR），随着纳米酶添加浓度的增加，WVTR有所提升。CSG-MX凝胶的吸水能力如图2e所示，其快速膨胀率约为%，并且纳米酶的加入对CSG-MX的孔隙结构和亲水性没有显著影响。研究者利用异硫氰酸荧光素（FITC）标记的液体模拟伤口渗液，结果显示CSG-M0和CSG-M1.5可以很容易地将模拟的伤口渗液从下往上输送（图2f）。为了探究纳米酶的过氧化物酶和氧化酶模拟能力，研究者采用3，3，5，5-四甲基联苯胺（TMB）显色反应系统地评价其类过氧化物酶和类氧化酶活性。结果表明，Fe-MIL-88NH2纳米酶具有类过氧化物酶和类氧化酶的能力，并且其类过氧化物酶活性更强（图3a-c）。类过氧化物酶和类氧化酶活性的最适pH值为4，类酶活性随温度的升高而增加，并且CSG-MX在较宽的pH范围内具有较高的催化活性（图3c-d）。EPR监测反应过程中的活性中间体产物，结果表明活性中间体产物为?OH和O2??，即CSG-M1.0?2.0可催化H2O2生成?OH，并催化O2生成O2??，这是ROS介导细菌氧化损伤达到抗菌作用所必需的（图3e-g）。研究者又对CSG-MX的适应性细菌捕获及抗菌性能进行了探究。壳聚糖的zeta电位对pH值的变化很敏感，当pH值降低时，由于分子链上氨基的质子化作用，壳聚糖zeta电位上升，对静电作用捕获细菌非常有利。不同pH值下捕获前后的细菌溶液OD值显示：随pH值降低，材料的细菌捕获能力增强。同时，利用SEM直接观察不同pH值下凝胶捕获的细菌形态，进一步展示了其捕获性能。如图4d、e所示，CSG-M1.5+H2O2对细菌的抑制效率高于其他组，且pH值为4时抑菌效果最佳。这些结果证明Fe-MIL-88NH2的化学接枝可以显著提高其抗菌性能，因为化学嫁接可以保证纳米酶的高催化活性，并保持系统的稳定性。研究者还采用ICP-MS技术研究了Fe-MIL-88NH2纳米酶在不同pH环境下的可逆释放和再结合，从图4g可以看出，FeMIL-88NH2纳米酶的释放量从pH7到pH3逐渐增加。从实验结果来看，严重感染引起的低pH值将有利于CSG-M1.5诱捕细菌，增加细菌与材料之间的相互作用，促进Fe-MIL-88NH2纳米酶的释放，再进一步促进细菌与材料之间的相互作用。同时，该过程会加速ROS的产生，加速细菌的氧化损伤。清除感染后，机体自我调节可使pH恢复到正常生理环境，释放的Fe-MIL-88NH2纳米酶与CSG-MX伴侣重新结合。研究者最后对材料在体内的创面抗菌及促进创面愈合作用进行了研究。无论在什么情况下，CSG-M1.5治疗的伤口都能有效防止感染，伤口周围没有过多的渗出物，这主要是由于CSG-M1.5对伤口进行生物体液管理，有效捕获细菌并对细菌进行氧化损伤所致。由于细菌的负电位、感染对pH值的影响、酶样活性以及受pH影响的纳米酶的可逆释放，CSG-MX可以实现智能的适应性诱捕和杀灭细菌。H2O2（μM）和CSG-M1.5处理的创面能有效促进创面愈合，减少创面面积，且最适宜创面愈合的pH环境为4（图5b）。组织学染色进一步证实了CSG-M1.5促进创面愈合的作用。与其他对照组相比，CSG-M1.5（pH4+μMH2O2）组的炎症因子IL-6水平明显降低，表明伤口周围炎症减少。因此，CSG-M1.5在伤口消毒愈合方面有进一步的实际应用前景。
本研究由来自四川大学李建树教授团队和电子科技大学的楚合涛教授团队合作完成，并于年12月8日发表于ACSNano。
论文信息：
YanyanLi,DingqianWang,JieWen,PengYu,JinmingLiu,JianshuLi*,andHetaoChu*.ChemicallyGraftedNanozymeCompositeCryogelstoEnhanceAntibacterialandBio
转载请注明地址:http://www.abmjc.com/zcmbhl/342.html
