感染性傷口因持續(xù)的細(xì)菌感染嚴(yán)重阻礙傷口的愈合,甚至導(dǎo)致更嚴(yán)重的并發(fā)癥。水凝膠敷料因其獨(dú)特的保濕性、透氣性和生物相容性,為傷口愈合提供了理想的濕潤(rùn)低氧微環(huán)境,廣泛應(yīng)用于慢性傷口治療。然而,傳統(tǒng)的水凝膠敷料功能單一,難以同時(shí)實(shí)時(shí)感染監(jiān)測(cè)、非抗生素抑菌、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)感知等多功能特性。因此,開發(fā)診斷與治療一體化的多功能智能水凝膠敷料對(duì)感染性傷口護(hù)理與治療具有重要的臨床意義。
近日,湖北大學(xué)張玉紅教授課題組在多功能水凝膠創(chuàng)面敷料的研究基礎(chǔ)上(Carbohyd. Polym., 2025, 351, 123136; Int. J. Biol. Macromol., 2024, 279, 135177; Int. J. Biol. Macromol., 2023, 238, 124123),通過(guò)整合電信號(hào)監(jiān)測(cè)、熱致變色診斷與光熱抗菌治療,開發(fā)了一種三明治結(jié)構(gòu)PTP水凝膠貼片用于感染性慢性傷口的智能管理。三明治結(jié)構(gòu)的中間層為單寧酸改性明膠(TGL),內(nèi)外層均為含有氯化鈉和碘的聚乙烯醇水凝膠(PAI/NS)。PTP水凝膠貼片具有良好的機(jī)械性能(拉伸應(yīng)力:51.21 kPa)、優(yōu)異的生物相容性和穩(wěn)定的導(dǎo)電性。當(dāng)貼附于活動(dòng)性傷口時(shí),PAI/NS層中的導(dǎo)電離子(Na?和Cl?)運(yùn)動(dòng)引起的電信號(hào)變化可實(shí)時(shí)反饋PTP貼片的完整性與貼合度。同時(shí),傷口局部溫度升高會(huì)觸發(fā)TGL與PAI/NS之間的酸堿顯色反應(yīng),從而提示發(fā)熱及傷口感染狀況,監(jiān)測(cè)傷口感染程度,從而通過(guò)溫和的光熱抗菌治療實(shí)現(xiàn)按需給藥。在感染性創(chuàng)面小鼠模型中,光激發(fā)的PTP 治療成功抑制了92%金黃色葡萄球菌,7天內(nèi)實(shí)現(xiàn)99%傷口閉合,其作用機(jī)制包括增強(qiáng)上皮再生、毛囊形成、致密膠原沉積和新生血管生成,且無(wú)系統(tǒng)性毒性。這種一體化診療平臺(tái)為感染傷口的可視化管理提供了新策略,在遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、個(gè)性化護(hù)理及慢性復(fù)雜傷口治療方面展現(xiàn)出廣闊的臨床應(yīng)用前景。
該研究以題為“Thermochromic, Antibacterial, and Conductive Hydrogel Patch with Sandwich Structure for Visual Infectious Chronic Wound Care and Treatment”的論文發(fā)表在《Advanced Healthcare Materials》上。碩士生楊園園為論文第一作者,湖北大學(xué)張玉紅教授、陳朝霞副教授以及武漢工程大學(xué)的江學(xué)良教授為通訊作者。

圖1 熱致變色、抗菌、導(dǎo)電PTP水凝膠貼片的制備過(guò)程及促感染性創(chuàng)面快速愈合機(jī)理示意圖。

圖2 水凝膠材料的性能表征。(a)不同改性程度GL的FTIR光譜圖。(b)PVA、PAI及PAI/NS的XRD圖譜。(c)TGL與PAI/NS的SEM圖像。(d)TGL、PAI/NS和PTP的拉伸應(yīng)力與(e)壓縮應(yīng)力曲線

圖3 (a)PAI/NS自愈合能力測(cè)試。(b)TGL、PAI/NS和PTP的可塑性能。(c)PTP在皮膚上的粘附能力測(cè)試。(d)PAI/NS和(e)PTP的透明度測(cè)試。

圖4 (a)PAI/NS的導(dǎo)電性與傳感性能測(cè)試。(a) PAI/NS水凝膠條在連接/斷開狀態(tài)下的LED亮度變化。(b)PAI/NS經(jīng)歷五次切割-重連循環(huán)后的電阻變化。(c)PAI/NS在1%、2%、3%、4%和5%拉伸應(yīng)變下的相對(duì)電阻變化曲線及(d) 相應(yīng)的GF值。PAI/NS水凝膠對(duì)不同人體活動(dòng)的響應(yīng)性:(e)手指彎曲30°與60°,(f)肘部彎曲和(g)上頜彎曲60°。

圖5 (a)PTP水凝膠貼片在不同溫度下的顏色變化。(b)不同溫度下PTP水凝膠照片及對(duì)應(yīng)的RGB色值。(c)溫度與RGB信號(hào)強(qiáng)度的線性關(guān)系。(d)PTP水凝膠在不同強(qiáng)度近紅外光(808 nm)照射下的時(shí)間-溫度曲線。(e)近紅外照射(808 nm, 1.2 W/cm2)7分鐘時(shí)PTP的紅外熱成像圖。(f)PTP在近紅外(808 nm, 1.2 W/cm2)照射下的三次循環(huán)升溫曲線。(g)PTP的光熱轉(zhuǎn)換效率。

圖6 PTP的體外抗菌活性評(píng)估。(a)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌經(jīng)不同水凝膠提取物處理(施加/不施加近紅外照射(808 nm,1.2 W/cm2))后的菌落生長(zhǎng)圖像及對(duì)應(yīng)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果(b、c)。(d)細(xì)菌在水凝膠提取物中浸泡1小時(shí)后的代表性FESEM圖像。

圖7 PTP的生物相容性評(píng)價(jià)。(a)經(jīng)TGL、PAI/NS、PTP或PTP + NIR處理后的活死細(xì)胞染色熒光圖像。(b)不同材料處理后的細(xì)胞存活率。(c)溶血實(shí)驗(yàn)照片及(d)相應(yīng)溶血率統(tǒng)計(jì)。(e)PTP和PTP + NIR的凝血效果。PTP止血性能:(f)小鼠尾出血實(shí)驗(yàn)圖像及(g)相應(yīng)的出血量統(tǒng)計(jì)。

圖8 PTP水凝膠貼片體內(nèi)促創(chuàng)面愈合效果評(píng)估。(a)治療時(shí)間軸示意圖。(b)治療第0、3、7、10、14天各組傷口的代表性照片。(c)傷口愈合軌跡記錄及(d)對(duì)應(yīng)的創(chuàng)面面積變化曲線。(e)傷口閉合率。(f)治療14天后小鼠傷口的H&E與Masson染色圖像。
原文鏈接:https://doi.org/10.1002/adhm.202503296
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