寧波材料所在抗菌型木質(zhì)素基聚氨酯泡沫敷料方面取得新進(jìn)展
皮膚創(chuàng)面是由各種原因引起的皮膚組織受損以及屏障功能破壞，由此還會(huì)引發(fā)局部甚至全身性生理及病理性改變。細(xì)菌感染是造成創(chuàng)面長(zhǎng)期不愈的重要原因之一，患者常常出現(xiàn)傷口疼痛、腫脹、甚至化膿。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年有數(shù)百萬(wàn)人正遭受各類急性或慢性創(chuàng)面疾病的折磨，治療費(fèi)用高達(dá)960億美元，已經(jīng)成為臨床面臨的棘手難題。盡管抗生素已被普遍用于治療傷口感染，但是多藥耐藥菌的流行與威脅限制了創(chuàng)面局部抗菌藥物的使用，迫切需要開(kāi)發(fā)具有長(zhǎng)效本征抑菌功能的創(chuàng)面敷料材料。
近期中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所高分子與復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)室生物基高分子團(tuán)隊(duì)在陳景研究員和朱錦研究員的帶領(lǐng)下，聯(lián)合所屬醫(yī)工所陳靜研究員開(kāi)展協(xié)同創(chuàng)新，提出了一種簡(jiǎn)便的一步發(fā)泡法制備木質(zhì)素基聚氨酯泡沫（LPUFs）敷料的新方式。該制備方法采用全生物基聚醚多元醇部分取代了傳統(tǒng)的石油基原料，以液化木質(zhì)素中痕量的酚羥基（約4mmol）作為銀離子（小于0.3mmol）的直接還原劑和封蓋劑，實(shí)現(xiàn)了在LPUF骨架內(nèi)原位形成銀納米粒子（Ag NPs）。這種新提出的木質(zhì)素聚氨酯/銀復(fù)合泡沫（命名為Ag NP-LPUF）具有優(yōu)異機(jī)械性能、熱穩(wěn)定能和抗菌性能。值得一提的是，Ag NP-LPUF對(duì)大腸桿菌（1h內(nèi)）和金黃色葡萄球菌（4h內(nèi)）的抑菌率均超過(guò)99%。將這種抗菌復(fù)合泡沫用于治療小鼠模型全層皮膚缺損，觀察到了其能顯著促進(jìn)創(chuàng)面愈合的效果。這種基于生物質(zhì)資源的新型抗菌敷料制備工藝簡(jiǎn)便、高效，適合規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)，且其抑菌效應(yīng)不依賴抗生素的使用，與商用聚氨酯膜敷料相比（TegadermTM），縮短了創(chuàng)面愈合時(shí)間，展現(xiàn)出重要的臨床轉(zhuǎn)化和應(yīng)用前景（圖1）。
通過(guò)與聚氨酯泡沫（PUF）的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，孔隙在泡沫體中呈均勻分布，具有相互貫通的開(kāi)放孔形態(tài)，有利于血液和組織滲出物的快速吸收，促進(jìn)傷口愈合。此外，液化木質(zhì)素多元醇與聚氨酯（PU）基體具有良好的界面相容性。對(duì)于Ag NP-LPUF樣品，隨著原料硝酸銀溶液濃度的增加，其孔徑略有減小。一方面，Ag NPs在發(fā)泡過(guò)程中可以作為額外的成核位點(diǎn)，導(dǎo)致氣泡尺寸減小，因此，復(fù)合材料中納米填料數(shù)量的增加可能會(huì)導(dǎo)致材料的孔徑減小。另一方面，在聚氨酯泡沫的制備過(guò)程中，水（作為發(fā)泡劑）的用量對(duì)多孔形態(tài)也有重要影響（圖2）。
研究人員采用體外平板計(jì)數(shù)法評(píng)價(jià)PUF的抑菌活性。與空白組和PUF組相比，復(fù)合泡沫逐對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌率均超過(guò)99% （圖3），分析其抑菌活性的原因除了銀納米粒子外，木質(zhì)素的酚基、甲氧基的側(cè)鏈結(jié)構(gòu)和共軛雙鍵等也有抑菌作用。
對(duì)不同時(shí)間的皮膚組織標(biāo)本進(jìn)行組織學(xué)分析，如圖4所示，各組再生區(qū)均出現(xiàn)不同程度的肉芽組織。在第10天，PUF組幾乎覆蓋了一層完整的表皮，而Tegaderm膜組仍有較大的未閉合傷口。在第21天，泡沫敷料組觀察到了血管和毛囊生成，尤其是LPUF-7.5Ag組，愈合過(guò)程加快，創(chuàng)面再生組織與正常組織相似。與之相比，Tegaderm膜組則沒(méi)有觀察到血管和毛囊生成。
該研究以“Antimicrobial Lignin-Based Polyurethane/Ag Composite Foams for Improving Wound Healing”為題，發(fā)表在生物大分子領(lǐng)域國(guó)際著名期刊Biomacromolecules, 2022, DOI: 10.1021/acs.biomac.1c01465，并被選為新一期封面文章。該論文第一作者是碩士生李淑琪和張延生，清華大學(xué)危巖教授對(duì)該研究提供了重要支持。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2017YFE0102300）、國(guó)家自然科學(xué)基金（51803227）、寧波市科技創(chuàng)新2025重大專項(xiàng)（2019B10063）、浙江省自然科學(xué)基金（LQ19E030009）等項(xiàng)目，以及醫(yī)用植介入材料浙江省工程研究中心、浙江省生物醫(yī)學(xué)材料技術(shù)與應(yīng)用國(guó)際科技合作基地的資助。
圖1 用于修復(fù)皮膚創(chuàng)面的Ag NP-LPUF復(fù)合泡沫材料的制備示意圖
圖2 PUFs的結(jié)構(gòu)和性能表征
圖3 PUFs的抗菌性能。分別在1h、2h、4h和8h對(duì)（a、c）大腸桿菌和（b、d）金黃色葡萄球菌的照片和相對(duì)菌活性
圖4 小鼠傷口閉合評(píng)估
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