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南京工業(yè)大學(xué)顧忠偉教授/何一燕副教授《ACS AMI》：鎵（III）介導(dǎo)雙交聯(lián)海藻酸鈉抗菌水凝膠促進(jìn)感染傷口修復(fù)

時(shí)間：2022-05-12 來(lái)源： 瀏覽：

南京工業(yè)大學(xué)顧忠偉教授/何一燕副教授《ACS AMI》：鎵（III）介導(dǎo)雙交聯(lián)海藻酸鈉抗菌水凝膠促進(jìn)感染傷口修復(fù)

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收錄于合集
#海藻酸鈉 1 個(gè)
#抗菌 2 個(gè)
#鎵離子 1 個(gè)
#雙交聯(lián) 1 個(gè)
#水凝膠敷料 2 個(gè)

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全世界每年約有 1300 萬(wàn)人被細(xì)菌感染，細(xì)菌感染已成為全球十大死亡原因之一。尤其是在皮膚破損的情況下，細(xì)菌更容易通過(guò)傷口侵入生物體。海藻酸鈉水凝膠材料具有合適的孔隙度，并且表現(xiàn)出優(yōu)異的生物相容性、生物降解性和與細(xì)胞外基質(zhì)的相似性等特點(diǎn)，是最受歡迎傷口護(hù)理材料之一。金屬鎵通過(guò) “ 特洛伊木馬 ” 的策略取代細(xì)菌必須的營(yíng)養(yǎng)元素鐵離子，干擾了細(xì)菌的 DNA 合成和各種氧化還原反應(yīng)，在對(duì)抗感染方面有著巨大的前景。
近日，南京工業(yè)大學(xué)顧忠偉教授 / 何一燕副教授在《 ACS Applied Materials & Interfaces 》期刊上發(fā)表了題為 “ Gallium(III)-Mediated Dual-Cross-Linked Alginate Hydrogels with Antibacterial Properties for Promoting Infected Wound Healing ”的文章。本論文在海藻酸鈉與金屬離子靜電結(jié)合的傳統(tǒng)凝膠策略的基礎(chǔ)上，鎵離子被創(chuàng)新性地賦予了雙重作用。它不僅作為交聯(lián)劑形成水凝膠材料，還作為治療劑緩釋并持續(xù)治療感染的傷口。為了解決海藻酸鈉與金屬離子凝膠速率過(guò)快，導(dǎo)致的凝膠不均質(zhì)、機(jī)械穩(wěn)定性差等問(wèn)題，利用模具透析的制備工藝減緩凝膠速率，獲得均質(zhì)的水凝膠；為了解決海藻酸鈉與金屬離子凝膠中，因金屬離子在環(huán)境中流失導(dǎo)致凝膠網(wǎng)絡(luò)崩塌、凝膠易解離的問(wèn)題，進(jìn)一步引入光交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，改善水凝膠的機(jī)械性能。因此，所構(gòu)建的鎵離子介導(dǎo)的雙交聯(lián)海藻酸鈉水凝膠具有廣譜的抗菌活性和改善的機(jī)械性能，可用于促進(jìn)感染傷口的修復(fù)。
 

圖 1 . 鎵（ III ）介導(dǎo) 雙交聯(lián)海藻酸鈉水凝膠的構(gòu)建示意圖及其抗菌性能
 
水凝膠照片顯示，雙交聯(lián)水凝膠體積明顯小于鎵離子交聯(lián)和光交聯(lián)水凝膠，因?yàn)殡p交聯(lián)體系中交聯(lián)位點(diǎn)多，交聯(lián)密度大。其中鎵離子交聯(lián)水凝膠微觀形貌為緊密片層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，光交聯(lián)為三維網(wǎng)狀多孔結(jié)構(gòu)。雙交聯(lián)水凝膠微觀結(jié)構(gòu)是前兩者微觀結(jié)構(gòu)的結(jié)合。同時(shí)，通過(guò)能譜的 mapping 掃描表征了鎵離子分布情況，通過(guò) 與 C 、 O 元素對(duì)比， 可見(jiàn) Ga 均勻分布在鎵離子交聯(lián)和雙交聯(lián)水凝膠中。表明 利用模具透析 優(yōu)化制備工藝后，成功解決了海藻酸鈉與金屬離子成膠不均質(zhì)的問(wèn)題 。
 

圖 2 . （ a ）鎵離子交聯(lián)、光交聯(lián)以及雙交聯(lián)水凝膠照片；（ b-f ）鎵離子交聯(lián)、光交聯(lián)以及雙交聯(lián)水凝膠微觀形貌；（ g ）鎵離子交聯(lián)、雙交聯(lián)水凝膠組成分析
 
光交聯(lián)水凝膠具有三維多孔結(jié)構(gòu)，溶脹率較高，由于穩(wěn)定的化學(xué)交聯(lián)， 7 天內(nèi)的降解率較低。鎵離子交聯(lián)水凝膠達(dá)到溶脹平衡時(shí)，會(huì)因鎵離子的流失而損失重量， 5   h 后水凝膠碎成了許多小塊，同時(shí) 7 天內(nèi)降解了 6 8% 。雙交聯(lián)水凝膠交聯(lián)點(diǎn)為較多，因此溶脹率較低，由于光交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的存在， Ga 離子釋放后，水凝膠仍能保持完整性，同時(shí) 7 天內(nèi)降解了 24% 左右，可見(jiàn)光交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的引入，使得水凝膠的溶脹以及降解穩(wěn)定性得到顯著的改善。
 

圖 3 .   （ a ）水凝膠溶脹率測(cè)試；（ b-c ）溶脹平衡后鎵離子交聯(lián)水凝膠與雙交聯(lián)水凝膠的照片；（ d ）水凝膠降解率測(cè)試
 
材料護(hù)理傷口修復(fù)第 14 天，雙交聯(lián)水凝膠和鎵離子水凝膠的創(chuàng)面閉合率分別達(dá)到 96.4% 和 93.0% ， 并且在第 7 天，檢測(cè)了小鼠傷口處 存活 細(xì)菌菌落數(shù)，結(jié)果 表 明含 Ga 離子 的水凝膠具有 對(duì)抗 感染從而加速感染創(chuàng)面愈合的潛力。
 

圖 4 .   鎵離子交聯(lián)、光交聯(lián)和雙交聯(lián)水凝膠促進(jìn)感染傷口愈合的研究。（ a-b ） 0-14 天傷口愈合的 照片 和定量結(jié)果 ；（ c ） 不同 材料處理 組的傷口閉合率； （ d ） 不同材料組 處理 7 天 后 的細(xì)菌數(shù)量； （ e ） 不同材料 組 處理 7 天 后 的存活細(xì)菌菌落。
原文鏈接
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c02497

作者簡(jiǎn)介

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南京工業(yè)大學(xué)顧忠偉教授： 長(zhǎng)期從事生物醫(yī)用高分子研究，著重于高分子多層次微結(jié)構(gòu)調(diào)控與藥物 / 基因控釋等生物醫(yī)學(xué)功能構(gòu)筑關(guān)系與規(guī)律的研究，取得了系統(tǒng)性和創(chuàng)新性的研究成果。在 SCI 學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表論文 300 余篇，已授權(quán)中國(guó)發(fā)明專利 40 余項(xiàng)，獲教育部自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。出版編 / 譯著 14 部。連續(xù)三次擔(dān)任國(guó)家 973 計(jì)劃生物材料首席科學(xué)家，獲 IUSBSE 終身榮譽(yù)稱號(hào) “ 生物材料科學(xué)與工程  Fellow” 、英國(guó)皇家工程院杰出訪問(wèn)會(huì)士獎(jiǎng)（ Distinguished Visiting Fellowship Award ）。
南京工業(yè)大學(xué)何一燕副教授： 主要從事生物智能納米生物材料和水凝膠材料的基礎(chǔ)研究與應(yīng)用開(kāi)發(fā)工作。以 第一 / 通訊作者在 Advanced Materials 、 Biomaterials 、 Applied Materials Today 、 Advanced Healthcare Materials 、 Carbohydrate Polymers 和 ACS Applied Materials & Interfaces 等專業(yè)期刊上發(fā)表論文 20 余篇，授權(quán)美國(guó)發(fā)明專利 1 件、歐洲發(fā)明專利 1 件、中國(guó)發(fā)明專利 6 件。主持國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、青年基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目子課題、教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目、中國(guó)博士后科學(xué)基金面上一等資助等項(xiàng)目。

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