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東北大學(xué)宋焱焱教授、丁辰教授團(tuán)隊(duì) ACS Nano：可視化檢測(cè)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(huì)使皮膚破損。破損的皮膚容易受到細(xì)菌的感染，若不及時(shí)治療則會(huì)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(duì)和生命與健康學(xué)院丁辰教授團(tuán)隊(duì)合作，報(bào)道了一種集檢測(cè)、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-MOF的pH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(cè)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（ML，CaZnOS: Mn2+）和Pt@TiO2的LSPR效應(yīng)，通過機(jī)械力誘發(fā)“暗態(tài)”光催化反應(yīng)對(duì)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(shí)，第一層水凝膠可以對(duì)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(cè)結(jié)果對(duì)傷口感染部位進(jìn)行按需治療。即：黃色出現(xiàn)時(shí)，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(duì)DS細(xì)菌感染治療的目的；紅色出現(xiàn)時(shí)，則使用第二層PDMS彈性體貼敷于傷口表面，同時(shí)通過按摩、拉伸、觸碰等 “運(yùn)動(dòng)”行為對(duì)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(duì)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(shí)兼?zhèn)涞统杀、易操作等?yōu)點(diǎn)，為發(fā)展家用傷口細(xì)菌檢測(cè)和治療一體化敷料提供了新的設(shè)計(jì)思路。


圖1 雙層抗菌敷料制備步驟及工作原理示意圖。


圖2 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(duì)非耐藥/耐藥細(xì)菌的檢測(cè)性能測(cè)試
 

圖5 雙層抗菌敷料對(duì)非耐藥/耐藥細(xì)菌的體外抗菌性能測(cè)試


圖6 雙層抗菌敷料活體檢測(cè)抗菌性能測(cè)試

  該成果以“A “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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