武汉理工赵政教授团队 Int. J. Biol. Macromol.：3D打印压电催化水凝胶用于感染伤口的高效抗菌治疗

2024-05-11 来源：高分子科技

有效的伤口管理策略是预防感染并促进愈合。由病原细菌感染引起的慢性伤口对患者造成严重的健康问题和经济负担，因为细菌会与免疫系统竞争，随后侵入活体组织，阻碍愈合，导致每年数百万人截肢甚至死亡。急需具有理想力机械性能、保持湿润环境、表现出良好透气性、生物相容性和有效抗菌活性的理想敷料。为了解决这些挑战，已经开发了各种用于伤口愈合的生物材料，包括静电纺织纤维、聚合物薄膜、多孔泡沫和水凝胶。然而，要找到平衡透气性、体内降解能力和对伤口形状和深度的定制的敷料是具有挑战性的，这使得它成为一个新兴的研究课题。

最近，武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室赵政教授团队通过甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)对丝素蛋白（SF）进行甲基丙烯化改性制得SF-MA，在钛酸钡（BT）纳米颗粒表面沉积银（Ag）制得Ag@BT纳米粒子，接着将SF-MA、Ag@BT与聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)混合制备出光固化浆料，然后采用数字光处理技术制备了一种新型的3D打印压电催化SF-MA/PEGDA/Ag@BT（SPAB）水凝胶（图1），该水凝胶表现出高一致性、适宜的机械性能和高孔隙率（图2，3）。此外，SPAB水凝胶具有优异的压电催化性能，可在超声条件（US）下诱导压电极化生成活性氧（ROS），从而提高抗菌活性，改善感染伤口的愈合过程（图4）。在体外超声刺激（US）5分钟条件下，SPAB水凝胶对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率分别为99.23%和99.96%（图5）。而且，SPAB 水凝胶具有良好的生物相容性和体内降解能力。在体内，SPAB 水凝胶治疗的伤口在愈合过程中表现出更快的闭合速度。这可能是由于这些3D打印的水凝胶可以匹配伤口的形状和深度来闭合伤口，从而阻止细菌进一步感染（图6）。因此，3D打印的压电催化SPAB水凝胶在细菌感染伤口修复领域具有巨大的潜力。

图1. 3D打印压电催化SF-MA/PEGDA/Ag@BT（SPAB）水凝胶的制备及其在抗菌伤口愈合中的应用

图2.Ag@BT纳米颗粒的制备与表征

图3. 3D打印压电催化SPAB水凝胶的制备与表征。

图4. 3D打印SPAB水凝胶的压电催化功能表征

图5. 3D打印压电催化SPAB水凝胶的抗菌性能表征

图6. 3D打印压电催化SPAB水凝胶的体内伤口愈合实验

该研究以“3D-printed piezocatalytic hydrogels for effective antibacterial treatment of infected wounds”为题发表于《International Journal of Biological Macromolecules》。武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室硕士生陈云为第一作者，赵政教授为通讯作者。该工作得到国家自然科学基金面上项目、湖北省自然科学基金、海南省自然科学基金联合基金和武汉市知识创新专项项目等支持。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.131637

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（责任编辑：xu）

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