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武漢理工趙政教授團隊 Int. J. Biol. Macromol.：3D打印壓電催化水凝膠用于感染傷口的高效抗菌治療

2024-05-11 來源：高分子科技

有效的傷口管理策略是預防感染并促進愈合。由病原細菌感染引起的慢性傷口對患者造成嚴重的健康問題和經濟負擔，因為細菌會與免疫系統競爭，隨后侵入活體組織，阻礙愈合，導致每年數百萬人截肢甚至死亡。急需具有理想力機械性能、保持濕潤環境、表現出良好透氣性、生物相容性和有效抗菌活性的理想敷料。為了解決這些挑戰，已經開發了各種用于傷口愈合的生物材料，包括靜電紡織纖維、聚合物薄膜、多孔泡沫和水凝膠。然而，要找到平衡透氣性、體內降解能力和對傷口形狀和深度的定制的敷料是具有挑戰性的，這使得它成為一個新興的研究課題。

最近，武漢理工大學材料復合新技術國家重點實驗室趙政教授團隊通過甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)對絲素蛋白（SF）進行甲基丙烯化改性制得SF-MA，在鈦酸鋇（BT）納米顆粒表面沉積銀（Ag）制得Ag@BT納米粒子，接著將SF-MA、Ag@BT與聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)混合制備出光固化漿料，然后采用數字光處理技術制備了一種新型的3D打印壓電催化SF-MA/PEGDA/Ag@BT（SPAB）水凝膠（圖1），該水凝膠表現出高一致性、適宜的機械性能和高孔隙率（圖2，3）。此外，SPAB水凝膠具有優異的壓電催化性能，可在超聲條件（US）下誘導壓電極化生成活性氧（ROS），從而提高抗菌活性，改善感染傷口的愈合過程（圖4）。在體外超聲刺激（US）5分鐘條件下，SPAB水凝膠對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌率分別為99.23%和99.96%（圖5）。而且，SPAB 水凝膠具有良好的生物相容性和體內降解能力。在體內，SPAB 水凝膠治療的傷口在愈合過程中表現出更快的閉合速度。這可能是由于這些3D打印的水凝膠可以匹配傷口的形狀和深度來閉合傷口，從而阻止細菌進一步感染（圖6）。因此，3D打印的壓電催化SPAB水凝膠在細菌感染傷口修復領域具有巨大的潛力。

圖1. 3D打印壓電催化SF-MA/PEGDA/Ag@BT（SPAB）水凝膠的制備及其在抗菌傷口愈合中的應用

圖2.Ag@BT納米顆粒的制備與表征

圖3. 3D打印壓電催化SPAB水凝膠的制備與表征。

圖4. 3D打印SPAB水凝膠的壓電催化功能表征

圖5. 3D打印壓電催化SPAB水凝膠的抗菌性能表征

圖6. 3D打印壓電催化SPAB水凝膠的體內傷口愈合實驗

該研究以“3D-printed piezocatalytic hydrogels for effective antibacterial treatment of infected wounds”為題發表于《International Journal of Biological Macromolecules》。武漢理工大學材料復合新技術國家重點實驗室碩士生陳云為第一作者，趙政教授為通訊作者。該工作得到國家自然科學基金面上項目、湖北省自然科學基金、海南省自然科學基金聯合基金和武漢市知識創新專項項目等支持。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.131637

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（責任編輯：xu）

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