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王晓强/孙燕/孙耀/Peter J. Stang院士 PNAS:基于金属-有机环/笼的细菌响应多层创面敷料促进伤口愈合
2024-04-02  来源:高分子科技

  金属-有机环/笼(MOCs)作为一种可替代抗生素的潜在生物医用材料,因其优异的抗菌性能而备受关注。然而,纳米MOCs在可加工性和可移性方面的困难限制了其实践应用。为了解决这些问题,我们提出了一种通过多级组装构建厘米级金属有机III的方法,并将其贴附在经过阳离子染料MPTII染色的真丝织物I上,以提高细菌响应识别和促进伤口愈合的能力。染料MPT分子与细菌共培养可以被细菌原位还原生成自由基,在660 nm光照射下也表现出良好的光热效应,不仅可以用于光热治疗,还可以诱导厘米膜释放Pt MOC,进一步协同光热提高抗菌性能。这种自制的多层创面敷料不仅能够实时监测创面感染,及时进行治疗,还具有较高的时空精度。


1. 细菌响应多层创面敷料的构建及光热协同抗感染


  近期,武汉科技大学王晓强副教授、河南大学孙燕教授、华中师范大学孙耀教授、美国犹他大学Peter J. Stang院士合作,开发了具有实时感染指示和高时空精度的新型伤口愈合敷料(图1)。其中,采用多级自组装厘米级Pt MOCIII与阳离子染料(MPT)染色后的真丝织物I+II创新性组合(图1A),实现在宏观尺度上合理地应用Pt MOC膜,并有效控制治疗输出。真丝织物上的阳离子染料MPT与细菌共培养后发生明显的颜色变化(从浅黄色变为深紫色),原位还原到其自由基形式,可用于实时监测伤口感染(2 h内即可出现明显变色现象)。此外,MPT自由基在660 nm激光照射下表现出良好的光热效应,可以诱导和控制厘米释放Pt MOCs,有效提高了抗菌效率,促进感染创面快速愈合(图1B)。这项工作为厘米级金属-有机环/笼(MOCs)材料的宏观实践应用、细菌实时监测和促进伤口愈合提供了新的思路。该工作以Supramolecular coordination platinum metallacycle–based multilevel wound dressing for bacteria sensing and wound healing”为题发表在《PNAS期刊上(PNAS 2024, 121, 14, e2318391121)。文章共同第一作者是武汉科技大学李文珍博士、王晓强副教授以及河南大学硕士研究生刘凌然。该研究得到国家自然科学基金委的支持。


1. 厘米级Pt MOC薄膜多级组装结构的形成


  如图2AB所示,Pt MOCs两相溶剂中首先形成纳米级纤维,之后排列聚集形成粗的纤维。最后,这些纤维的重叠形成更大的网络,最终形成厘米级尺寸金属有机薄膜。 


2. 高度有序的Pt MOC多级组装结构及自组装示意图。


2. 细菌实时感染识别与光热效应


  细菌快速响应识别如图3A所示,阳离子染料MPTII)以及染色后的真丝织物(I+II)与细菌菌液共培养后出现明显的颜色变化。图3BC所示的紫外-可见(UV-Vis)光谱变化和电子顺磁共振(EPR)波谱变化进一步说明,共培养后发生颜色变化是因为阳离子染料MPT被细菌原位还原生成其自由基形式导致的,且在660 nm激光照射下具有较强的光热效应。为了提高处理感染伤口部位的可操作性,我们设计为圆形创面敷料,将各组圆形样品与金黄色葡萄球菌(S. aureus)溶液共培养2 h。如图3D所示,I+II组和I+II+III组均发生明显的颜色变化,敷料颜色从浅黄色变成深紫色,并且孵育2 h后在660 nm激光照射下(0.5 W/cm2),表现出优异的光热性能和光热稳定性(图3EF)。此外,热刺激诱导真丝织物表面贴附的厘米膜释放Pt MOCs,进一步协同增强了光热抗菌效率。如图3GH所示,随着持续加热时间的增加,I+II+III样品上清液荧光强度不断增强,厘米膜在热响应条件下可以不断释放Pt MOCs,有助于实现了更高效的抗菌效果。这种设计不仅实现了对细菌的快速识别和响应,而且还提高了光热治疗的效果,为处理感染伤口提供了一种潜在的新策略。 


3. 细菌响应多层伤口敷料光热效应及诱导Pt MOC多级组装结构的分解。


  该工作是团队近期关于高度有序金属-有机环/笼(MOCs)在宏观尺度上实践应用相关研究的最新进展。该方法采用了多层自组装的厘米级Pt MOCIII与经过MPT染色的真丝织物I+II结合,在660 nm激光照射下,有效提高了光热协同抗菌效率,促进感染创面的快速愈合。这一研究为应对抗生素耐药性导致的细菌感染问题提供了新的思路和解决方案,有望在生物领域产生积极影响。


  原文链接:https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2318391121

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(责任编辑:xu)
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