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東北大學(xué)宋焱焱教授、丁辰教授團(tuán)隊 ACS Nano:可視化檢測細(xì)菌感染和按需治療的雙層水凝膠抗菌敷料
2023-07-06  來源:高分子科技

  皮膚是身體表面包在肌肉外面的組織,是人體最大的器官,主要承擔(dān)著保護(hù)身體(如:防止外來病原體、細(xì)菌、病毒等的入侵)、維持身體新陳代謝、感知冷熱和壓力等重任。手術(shù)過程中護(hù)理不當(dāng)或疏忽、燒傷、慢性疾病等均會使皮膚破損。破損的皮膚容易受到細(xì)菌的感染,若不及時治療則會導(dǎo)致更嚴(yán)重的感染,甚至威脅到人類的健康及生命。


  近日,東北大學(xué)理學(xué)院宋焱焱教授團(tuán)隊和生命與健康學(xué)院丁辰教授團(tuán)隊合作,報道了一種集檢測、按需治療一體的皮膚傷口抗菌敷料。該敷料具有兩層結(jié)構(gòu),第一層以卡拉膠(Carr)為骨架,結(jié)合溴百里酚藍(lán)(BTB)和Fe-MOFpH響應(yīng)性能并引入耐藥菌指示劑(頭孢硝噻吩),構(gòu)建了具有比色檢測非耐藥/耐藥(DS/DR)細(xì)菌和pH響應(yīng)釋放抗生素功能的水凝膠;第二層以聚二甲基硅氧烷(PDMS)為骨架,結(jié)合力致發(fā)光材料(MLCaZnOS: Mn2+)和Pt@TiO2LSPR效應(yīng),通過機(jī)械力誘發(fā)“暗態(tài)”光催化反應(yīng)對耐藥(DR)細(xì)菌進(jìn)行滅活。該傷口敷料的工作原理如圖1所示,當(dāng)傷口出現(xiàn)DS/DR細(xì)菌感染時,第一層水凝膠可以對細(xì)菌感染做出快速的響應(yīng)(黃色:非耐藥;紅色:耐藥菌株感染),并鑒于檢測結(jié)果對傷口感染部位進(jìn)行按需治療。即:黃色出現(xiàn)時,繼續(xù)貼敷第一層水凝膠使Fe-MOF在酸性環(huán)境中發(fā)生水解反應(yīng)釋放羧芐青霉素,達(dá)到對DS細(xì)菌感染治療的目的;紅色出現(xiàn)時,則使用第二層PDMS彈性體貼敷于傷口表面,同時通過按摩、拉伸、觸碰等 “運(yùn)動”行為對PDMS層施加輕微的壓力,誘導(dǎo)CaZnOS: Mn2+ 發(fā)光,激發(fā)Pt@TiO2產(chǎn)生自由基滅活DR細(xì)菌,此“暗態(tài)”光催化對微生物滅活具有長效的活性。本研究中所發(fā)展的抗菌敷料具有較高的診斷及治療效率,同時兼?zhèn)涞统杀尽⒁撞僮鞯葍?yōu)點,為發(fā)展家用傷口細(xì)菌檢測和治療一體化敷料提供了新的設(shè)計思路。


雙層抗菌敷料制備步驟及工作原理示意圖。


第一層抗菌敷料材料表征 


圖3 第二層抗菌敷料上機(jī)械力誘導(dǎo)“暗態(tài)”下自由基生成示意圖
 

圖4 第一層水凝膠對非耐藥/耐藥細(xì)菌的檢測性能測試
 

圖5 雙層抗菌敷料對非耐藥/耐藥細(xì)菌的體外抗菌性能測試


圖6 雙層抗菌敷料活體檢測抗菌性能測試

  該成果以““Test-to-Treat” Pad for Real-Time Visual Monitoring of Bacterial Infection and On-Site Performing Smart Therapy Strategies”為題發(fā)表于《ACS Nano》上。文章第一作者為博士生趙晨曦,通訊作者為東北大學(xué)宋焱焱教授和丁辰教授。

 

  原文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c01158 

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