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東北大學宋焱焱教授、丁辰教授團隊 ACS Nano：可視化檢測細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，主要承擔著保護身體（如：防止外來病原體、細菌、病毒等的入侵）、維持身體新陳代謝、感知冷熱和壓力等重任。手術過程中護理不當或疏忽、燒傷、慢性疾病等均會使皮膚破損。破損的皮膚容易受到細菌的感染，若不及時治療則會導致更嚴重的感染，甚至威脅到人類的健康及生命。

近日，東北大學理學院宋焱焱教授團隊和生命與健康學院丁辰教授團隊合作，報道了一種集檢測、按需治療一體的皮膚傷口抗菌敷料。該敷料具有兩層結構，第一層以卡拉膠（Carr）為骨架，結合溴百里酚藍（BTB）和Fe-MOF的pH響應性能并引入耐藥菌指示劑（頭孢硝噻吩），構建了具有比色檢測非耐藥/耐藥（DS/DR）細菌和pH響應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，結合力致發光材料（ML，CaZnOS: Mn²⁺）和Pt@TiO₂的LSPR效應，通過機械力誘發“暗態”光催化反應對耐藥（DR）細菌進行滅活。該傷口敷料的工作原理如圖1所示，當傷口出現DS/DR細菌感染時，第一層水凝膠可以對細菌感染做出快速的響應（黃色：非耐藥；紅色：耐藥菌株感染），并鑒于檢測結果對傷口感染部位進行按需治療。即：黃色出現時，繼續貼敷第一層水凝膠使Fe-MOF在酸性環境中發生水解反應釋放羧芐青霉素，達到對DS細菌感染治療的目的；紅色出現時，則使用第二層PDMS彈性體貼敷于傷口表面，同時通過按摩、拉伸、觸碰等 “運動”行為對PDMS層施加輕微的壓力，誘導CaZnOS: Mn²⁺ 發光，激發Pt@TiO₂產生自由基滅活DR細菌，此“暗態”光催化對微生物滅活具有長效的活性。本研究中所發展的抗菌敷料具有較高的診斷及治療效率，同時兼備低成本、易操作等優點，為發展家用傷口細菌檢測和治療一體化敷料提供了新的設計思路。

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械力誘導“暗態”下自由基生成示意圖

圖4 第一層水凝膠對非耐藥/耐藥細菌的檢測性能測試

圖5 雙層抗菌敷料對非耐藥/耐藥細菌的體外抗菌性能測試

圖6 雙層抗菌敷料活體檢測抗菌性能測試

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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（責任編輯：xu）

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