中科院化学所张军/田卫国、国家纳米中心孙斐婓 AFM：纤维素基Janus智能敷料 - 用于糖尿病伤口渗出液管理与可视化监测

2023-10-15 来源：高分子科技

难愈合的糖尿病伤口已成为对公众健康日益严重的威胁，也是再生医学的一大挑战。通常，高血糖组织渗出液，严重细菌感染，氧化应激反应等是阻碍糖尿病伤口愈合的主要原因。有效的渗出液管理对于减少糖尿病伤口的炎症和感染至关重要。因此，迫切需要用于糖尿病伤口渗出液管理的多功能敷料。即使敷料的排液性能得到优化，但是，当需要更换敷料时，始终需要依靠医学专家的经验。如果存在一种智能敷料，可以诊断糖尿病伤口愈合阶段，并在没有护理专业人员的情况下指示更换敷料的正确时间，它将有效地简化日常护理并减轻糖尿病患者的经济负担。

近期，中科院化学所张军研究员、田卫国副研究员、国家纳米中心孙斐婓副研究员提出了一种具有液体定向排出能力的pH响应纤维素基Janus无纺布敷料 (Cell-An/PCL-Ch)，用于糖尿病伤口渗出液管理，监测和加速糖尿病伤口愈合过程。先后通过同轴气流纺丝与静电纺丝法，制备得到了由含有pH响应成分（红甘蓝花青素）的纤维素亲水层和含有抗菌成分（氯己定，）的聚己内酯疏水层组成的Janus敷料。

图1 纤维素基Janus无纺布敷料的制备流程

良好的液体定向排出能力有利于抑制细菌增殖，缓解糖尿病伤口感染。与未修饰的纤维素无纺布敷料（Cell）进行对比，如图2a所示，荧光液滴垂直向上喷射并可以立即穿透Cell，最终在顶部和底部都观察到荧光液滴。而当荧光液滴首先接触Janus敷料的亲水层时，如图2b所示，荧光液滴仅在底部亲水侧可以观察到。相比之下，当荧光液滴首先接触Janus敷料的疏水表面时，如图2c所示，荧光滴在3秒内缓慢穿透Janus敷料，最后出现在顶部亲水表面上。

图2 基于纤维素无纺布的Janus伤口敷料的液体定向排出性能

如图3b所示，当pH值从5增加到9时， Janus敷料的颜色逐渐从玫红色变为深蓝色。但是，如果pH值非常接近（例如，pH = 5和5.5），则很难用肉眼区分。理论上讲，每一个细微的颜色差别都可以通过λ_max-pH的严格函数来识别（图3d）。但是，这种精确的光谱方法依赖于笨重的光谱仪，在实践中不便于诊断糖尿病伤口。本文提出了一种基于便携式智能手机的简单方法，如图3e所示，RGB颜色可以通过python程序从图3b中的图像中进行拾取和重建。随后可以建立R/B，R/G-pH的函数关系（图3g，h），依赖特定的函数关系，最后通过智能手机中设置的app程序计算得到伤口的实时pH，以此来决定是否需要更换敷料。此外，Janus敷料的pH值变化还可以通过无线传输到手机的高分辨率监控系统 (图3i，j)进行实时监测，为医护人员诊断糖尿病伤口的愈合过程并决定何时更换敷料提供了一种方便的方法。

图3 pH响应性Janus无纺布敷料进行糖尿病伤口监测和诊断

在糖尿病大鼠背部制造全皮缺损伤口（×3，Φ = 10mm），以评估不同敷料的促愈合性能。如图4b-d所示，第7天，Cell-An/PCL-Ch组伤口面积约为43%。相比之下，Cell/PCL组和纱布组的伤口面积分别为55.6%和62.2%（p <0.01）。在第14天，对于Cell-An/PCL-Ch组，糖尿病伤口几乎完全恢复（未愈合面积，3.8%），而Cell/PCL组和纱布组分别有11.5%和20.9%的伤口区域仍未愈合。此外，得益于疏水表面对伤口的低粘附， Cell-An/PCL-Ch可以较为容易地从伤口中移除，而不会引发再次创伤（图4e）。

图4 Janus无纺布敷料的糖尿病伤口促愈合性能评估

该项研究以“Cellulose-Based pH-Responsive Janus Dressing with Unidirectional Moisture Drainage for Exudate Management and Diabetic Wounds Healing”为题发表在《Advanced Functional Materials》上，第一作者为中国科学院化学研究所博士研究生许展，通讯作者为中科院化学所田卫国副研究员和国家纳米中心孙斐斐副研究员。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202307449

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

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（责任编辑：xu）

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