第一作者：Ting-Ting Li, Li Sun
通訊作者：李婷婷，彭浩凱，Ching-Wen Lou
近期，天津工業(yè)大學李婷婷副教授與彭浩凱高級實驗師聯(lián)合Ching-Wen Lou教授團隊在Chemical Engineering Journal上發(fā)表了基于殼聚糖的抗菌微球負載多功能 Janus 復合膜，具有單向生物流體輸送、抗氧化和 pH 響應監(jiān)測功能的研究工作。細菌感染、傷口滲出物的管理和愈合狀態(tài)的監(jiān)測是傷口治療中最突出的問題，然而，根據(jù)研究結果，迄今為止研究的敷料的多功能性是相對均勻的，這使得傷口敷料同時具有抗菌和抗氧化性能，單向流體輸送和監(jiān)測傷口愈合仍然是當前研究中的一個挑戰(zhàn)。在靜電紡絲和靜電噴涂技術的基礎上，利用親水性層polyacrylonitrile@poly(多巴胺)(PAN@PDA)、疏水性層聚己內(nèi)酮@姜黃素/絲素(PCL@CUR/SF)和載藥層胺化介孔硅殼聚糖/姜黃素(MSN-NH2-CS/CUR)之間的潤濕性差異，制備了多功能Janus復合膜，并將多余的傷口滲出液排干。有趣的是，復合膜在551 h時的體外累積釋放率為7.67%，在120 min時的抗氧化活性為79.01%，復合膜對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌性能分別為98%和99%左右，表明復合膜具有優(yōu)異的藥物阻滯和抗菌抗氧化性能。在pH為6、7.2、8和9的緩沖液中，復合膜的顏色由黃色慢慢變?yōu)槌燃t色，表明復合膜可以作為傷口愈合過程中的pH指示劑。MTT和細胞粘附實驗表明，復合膜具有良好的細胞相容性，有利于細胞的粘附和增殖。這種多功能Janus復合膜將用于傷口管理和治療。
要點一：本研究基于逐層組裝策略，采用靜電紡絲和靜電噴涂技術構建了殼聚糖基載藥微球多功能Janus復合膜，該復合膜主要由三層組成:最外層為親水性修飾polyacrylonitrile@poly(多巴胺)(PAN@PDA)納米纖維膜親水層;中間層為疏水層，是由絲素(SF)、聚己內(nèi)酯(PCL)和姜黃素(CUR)共混而成的靜電紡絲納米纖維膜，;最內(nèi)層為載藥層，由氨基化介孔二氧化硅(MSN- NH2)-殼聚糖(CS)/姜黃素(CUR)載藥微球組成，在MSN-NH2-CS中裝載CUR，使CUR先釋放到MSN-NH2中，再進入CS，最后進入體內(nèi)，從而改善了CUR的緩釋，提高了CUR的生物利用度。
要點二：Janus結構中的疏水層和載藥層提供持久的推力，這種“推拉”力的共同作用使傷口滲出物通過復合膜排出體外，而疏水層和載藥層中的姜黃素則起到抗菌和抗氧化劑的作用，并監(jiān)測傷口愈合。親水性、疏水性和載藥層的結合使敷料具有優(yōu)異的載藥和緩釋性能、抗菌和抗氧化性能、單向流體輸送和傷口愈合指示。
圖1.復合膜的制備工藝；（b）抗菌原理圖；（c） 結構及單向液體輸送。
圖2.(a) TEM圖，(b) SEM圖，(c) MSN - NH2納米粒徑分布曲線;(d) TEM圖像，(e) SEM圖像，(f)納米微球粒徑分布曲線;(g) 10%濃度的MSN-NH2-CS微球的TEM圖像;(h) N2吸附-解吸曲線和(i) MSN - NH2的孔徑分布。
圖3. (a) PCL@CUR/SF納米纖維膜靜電紡絲20min的MMT分析;(b) MSN-NH2-CS微球靜電噴涂5min的MMT分析;(c)復合納米纖維膜各組分的FTIR光譜;(d)復合納米纖維膜各組分的紫外-可見吸收光譜。
圖4.（a）復合膜的PBS溶液在不同pH條件下的顏色；（b）復合膜在不同pH條件下的LAB值（插圖顯示了不同pH 條件下復合膜的顏色）；(c) MSN-CS/CUR和MSN-NH2-CS/CUR載藥微球體外釋放曲線(d) PAN@PDA/PCL@CUR/SF納米纖維膜和復合膜體外釋放曲線。
圖5.（a）培養(yǎng)24小時后大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的菌落計數(shù)。（b） MSN-NH2-CS/CUR對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌性能；（c）復合膜及其組分的抗氧化性能；（d） 不同復合材料抗氧化性能的比較。
圖6. Janus復合膜的定向液體傳輸機制。（a） 頂部為載藥層；（b）頂部親水層。
圖7.（a） 不同納米纖維膜在1小時、3小時、5小時和7小時的細胞粘附性能；（b） L929細胞在不同納米纖維膜上1天、4天和7天的細胞活力。
這項研究中設計并制備了一種用于傷口愈合的多功能Janus復合膜，并驗證了其作為傷口敷料的潛力。將CUR作為載藥載體，在MSN-NH2-CS微球中提高了CUR的生物利用度。并在PAN@PDA/PCL@CUR膜上靜電噴涂負載MSN-NH2-CS/CUR的微球制備多功能Janus復合膜，實現(xiàn)雙重載藥功能。體外釋放實驗表明，復合膜的緩釋性能超過500 h，表明復合膜具有優(yōu)異的緩釋性能。抗氧化實驗結果表明，在120 min時，其抗氧化活性為79.01%。此外，在抗菌實驗中，復合膜對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌性能分別達到98%和99%左右，表明復合膜的抗菌能力顯著。pH試驗結果表明復合膜可作為傷口愈合過程中的pH指示劑，MTT試驗和細胞粘附試驗證明復合膜具有良好的生物相容性。在下一階段，本研究將對制備的敷料進行體內(nèi)動物實驗。
全文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.144820
