新型抗菌水凝胶伤口敷料用于慢性伤口愈合的研究

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慢性伤口由于愈合时间的延长,会使病原菌侵入伤口的可能性增加,导致伤口环境的恶化并进一步阻碍伤口愈合。传统敷料由于干燥、粘附性差和缺乏抗菌性能以及易造成伤口二次损伤等功能缺陷,已经不再满足临床伤口护理的需求。水凝胶由于其生物相容性良好以及含水量较高等特点,已成功应用于治疗皮肤缺损、细菌感染、烧伤、糖尿病足等伤口。针对载有抗生素的水凝胶的使用会产生细菌耐药性的问题,选用具有固有抗菌性能的阳离子型聚合物和广谱杀菌性能的金属纳米颗粒作为抗菌材料更具有优势。但是水凝胶敷料通常仅具有单一的生物功能,这限制了对伤口愈合的多重促进作用。因此,设计一种具有固有抗菌性能、良好的生物相容性、组织粘附性能、机械性能以及能促进慢性伤口愈合的新型水凝胶伤口敷料具有很好的应用前景。基于此,本论文设计了一种兼有良好导电性能和抗菌性能的聚吡咯(PPy)基纳米管材料,并将其作为纳米填料分散至钴-聚乙烯亚胺-聚丙烯酸(PPC)水凝胶基体中制备了一种具有良好的机械性能、形状回复性能、粘附性、导电性、生物相容性以及抗菌性能的PPCA水凝胶。本论文分别对水凝胶的理化性质、流变性能和机械性能、导电性能、抗菌性能和生物相容性进行了研究,并将该水凝胶作为伤口敷料对糖尿病皮肤全层伤口的愈合效果进行了评价。具体研究可以分为以下三个部分:(1)本研究利用自组装石胆酸(LCA)纳米管作为软模板提供了吡咯(Py)吸附的位点,通过Ag+诱导Py在LCA纳米管表面原位氧化聚合,同时还原出银纳米颗粒(AgNPs),最终形成AgNPs修饰的聚吡咯(AgPPy)纳米管。(2)将整合了PPy的导电性和AgNPs的抗菌活性的多功能AgPPy纳米管作为纳米填料,分散至钴离子(Co2+)、阳离子聚合物聚乙烯亚胺(PEI)、阴离子型单体丙烯酸(AA)和交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(BIS)的混合溶液中,通过自由基氧化聚合制备出PPCA水凝胶。PEI与AgNPs的自催化能力加快了自由基的氧化聚合过程,导致PPCA水凝胶能够在短时间内完成凝胶化。AgPPy纳米管在PPCA水凝胶网络的均匀分布,赋予了水凝胶良好的导电性。PEI与PAA链之间存在高密度的氢键和静电相互作用及Co2+与PAA之间存在的离子配合作用,这些非共价作用是动态可逆的,能够作为牺牲键断裂并重新生成以耗散能量,改善了水凝胶的机械性能。力学实验结果表明,PPCA水凝胶具有良好的拉伸性能和压缩回复性能,并且与人体皮肤的杨氏模量(7至33 k Pa)相符合。溶胀和保湿实验结果表明,PPCA水凝胶具有较好的溶胀性能和保湿能力。另外,PPCA水凝胶由于存在大量的-NH2和-COOH,赋予了水凝胶良好的粘附性。(3)通过细胞实验、溶血实验、细菌实验和动物实验,分别对水凝胶的细胞相容性、血液相容性、抗菌性能和糖尿病皮肤全层伤口愈合进行了生物学评价。体外细胞实验结果表明,PPCA水凝胶具有良好的细胞相容性,由于导电AgPPy纳米管的存在,促进了细胞的增殖。溶血实验结果表明,四种水凝胶的溶血率均低于5%,表明水凝胶具有良好的血液相容性。体外抗菌实验结果表明,PPCA水凝胶对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均具有优异的抗菌性能。这是由于Co2+、PEI具有固有抗菌性能和AgNPs的广谱杀菌效果,导致PPCA水凝胶高效的抗菌能力。动物实验结果表明,PPCA水凝胶作为伤口敷料能够促进糖尿病皮肤全层伤口愈合,这是由于Co2+能够促进伤口组织毛细血管的生成,AgPPy纳米管赋予了水凝胶电活性功能和抗菌功能进一步加速了伤口的愈合。综上所述,该PPCA水凝胶伤口敷料具有良好的机械性能、粘附性能、导电性能、溶胀保湿性能、生物相容性、抗菌性能和促伤口愈合性能,这些结果表明其在治疗慢性伤口愈合方面具有巨大潜力。
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