【摘 要】
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医用敷料是用于促进创面愈合的保护性材料。研究表明细菌感染是导致愈合延迟甚至死亡的主要原因,因此,有必要对医用材料进行抗菌功能改性。此外,具有特殊结构和性能的高分子材料成为医用敷料领域的研究热点,其不仅拥有良好的抗菌活性,而且经过特殊成型后,更加适合用于医用敷料。尽管已有多种抗菌敷料被开发出来用于促进创面愈合,但这些敷料仍缺乏主动刺激皮肤细胞(上皮细胞、成纤维细胞、干细胞等皮肤相关细胞)迁移来加速创
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医用敷料是用于促进创面愈合的保护性材料。研究表明细菌感染是导致愈合延迟甚至死亡的主要原因,因此,有必要对医用材料进行抗菌功能改性。此外,具有特殊结构和性能的高分子材料成为医用敷料领域的研究热点,其不仅拥有良好的抗菌活性,而且经过特殊成型后,更加适合用于医用敷料。尽管已有多种抗菌敷料被开发出来用于促进创面愈合,但这些敷料仍缺乏主动刺激皮肤细胞(上皮细胞、成纤维细胞、干细胞等皮肤相关细胞)迁移来加速创面愈合的功能。因此,研究一种将电刺激与创面敷料相结合的电活性抗菌敷料对于促进创面的愈合治疗具有重要的意义。本文提出利用磁控溅射技术分别在微米级和纳米级纤维基材表面构建银/锌微电池(Ag/Zn),开发具有电刺激抗菌及促愈功能的电活性敷料。(1)基于棉非织造布,通过模板辅助磁控溅射制备了三种功能性创面敷料(Zn@Cotton、Ag@Cotton和Ag/Zn@Cotton)。SEM、XRD、XPS、TGA和EDS等分析手段证实棉纤维表面有一层银氧化物镀层和锌镀层。此外,实验证实该功能敷料拥有医用敷料所需的溶胀性、透湿性、机械性能和柔软度等理化性能。相比于Zn@Cotton和Ag@Cotton,Ag/Zn@Cotton敷料由于电刺激与连续释放Ag+/Zn2+的协同作用,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有更好的抗菌活性。同时,由于金属电极占比低(只占敷料应用面积的17.54%),Ag/Zn@Cotton敷料对人胚胎成纤维细胞的增殖和分化没有影响,表现出良好的生物相容性。通过体外实验和小鼠伤口模型表明,由于电刺激增强了细胞迁移,同时在优异的抗菌活性、合适的细胞相容性以及良好的理化性能等因素的共同作用下,Ag/Zn@Cotton敷料能明显加快创面的愈合速度。(2)基于静电纺丝技术制备的聚己内酯/明胶(PCL/Gel)纳米纤维膜,通过模板辅助磁控溅射制备了三种功能性纳米纤维敷料(Zn@PCL/Gel、Ag@PCL/Gel和Ag/Zn@PCL/Gel)。研究发现:Ag/Zn@PCL/Gel敷料具有良好的溶胀性和透气性,而且该敷料在生理盐水中可以产生连续的电流电压(电压可达851 m V,电流可达37μA);同时,借助数值模拟软件COMSOL MULTIPHYSICS,发现这些电极单元之间可以产生1 k V/m的电场,因此可以通过促进成纤维细胞的增殖迁移来加速伤口愈合;定性/定量抗菌实验和细胞内活性氧(ROS)含量水平阐明了该敷料一方面通过金属离子的快速释放来杀菌,另一方面,通过电刺激促进细胞内活性氧(ROS)含量增加,加速细胞内氧化应激反应,进而破坏细菌膜结构和蛋白质来杀菌,因此两者的协同抗菌作用使其拥有优异的抗菌性;此外,病理分析表明该纳米纤维电活性抗菌敷料能够有效促进伤口愈合,术后13天小鼠主要器官(心、肝、脾、肺、肾)未出现结构损伤和组织病变,证实了该功能敷料具有良好的生物安全性。综上所述,我们制备了两种电活性抗菌敷料,并研究其在促进创面愈合中的作用。实验结果显示,棉非织造布电活性抗菌敷料和纳米纤维电活性抗菌敷料都具有良好的促进创面愈合的效果,在创面愈合中具有良好的应用潜力。
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