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  燒傷和創(chuàng)傷等傷口常常容易遭受細(xì)菌感染，從而引起敗血癥、急性腎衰竭和其他感染相關(guān)的并發(fā)癥。耐藥性細(xì)菌的出現(xiàn)進(jìn)一步加劇了它們的威脅，耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）是最為常見(jiàn)的耐藥性病原菌。

  針對(duì)傳統(tǒng)光抗菌材料在黑暗條件下喪失抗菌功能的問(wèn)題，近日西南大學(xué)蠶桑紡織與生物質(zhì)科學(xué)學(xué)院（家蠶基因組生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）肖波教授團(tuán)隊(duì)，以綠色、天然的家蠶平板絲為基底材料，利用蒽醌類有機(jī)光敏劑與石墨相氮化碳之間的協(xié)同效應(yīng)，開(kāi)發(fā)出一款高效、全天候殺滅細(xì)菌的平板絲抗菌敷料。該敷料不僅具有良好生物相容性、高效抗菌活性，同時(shí)解決了傳統(tǒng)無(wú)機(jī)光敏材料如二氧化鈦等與有機(jī)高分子載體之間結(jié)合力弱的問(wèn)題。更為重要的是，該敷料類似于有“可充放電太陽(yáng)能電池”，利用有機(jī)光敏劑的特定結(jié)構(gòu)，在光照激發(fā)條件下發(fā)生分子結(jié)構(gòu)重排，將抗菌活性存儲(chǔ)起來(lái)，并在黑暗條件下緩慢釋放活性氧，破壞細(xì)菌膜結(jié)構(gòu)，達(dá)到持續(xù)抑制細(xì)菌的目的。相關(guān)工作發(fā)表于《Advanced Healthcare Materials》上，題為“Flat Silk Cocoon-Based Dressing: Daylight-Driven Rechargeable Antibacterial Membranes Accelerate Infected Wound Healing”。

  該研究以綠色、環(huán)保的家蠶平板絲為基底載體，實(shí)行光敏劑的功能化后，在光照下產(chǎn)生大量活性氧，能有效殺滅細(xì)菌，并具有促進(jìn)膠原蛋白合成、血管再生和創(chuàng)傷修復(fù)的功能。不僅如此，該敷料具有優(yōu)異的生物安全性，在感染創(chuàng)傷修復(fù)方面展現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景。 

圖1. 光活性平板絲的設(shè)計(jì)、制備和抗菌過(guò)程。(A) 和（B）四種光活性平板絲的化學(xué)結(jié)構(gòu)和SEM圖像；(C) 和（D）光活性平板絲的照片和抗菌示意圖；（E）光活性平板絲在光照下的電子轉(zhuǎn)移機(jī)制. (F) 相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理。

圖2. 不同平板絲的光活性性能研究。(A 到 D) 不同光活性平板絲的前線分子軌道：BD-FSC (A), g-C₃N₄-FSC (B), g-C₃N₄/BD-FSC (C) and g-C₃N₄/PMDA-FSC (D)；(E 到 H) 紫外-可見(jiàn)漫反射光譜：BD-FSC (E), g-C₃N₄-FSC (F), g-C₃N₄/BD-FSC (G) and g-C₃N₄/PMDA-FSC (H)；(I to L) 樣品在光照下DMPO?OH·的ESR譜圖：BD-FSC (I), g-C₃N₄-FSC (J), g-C₃N₄/BD-FSC (K) and g-C₃N₄/PMDA-FSC (L)；(M to P) 樣品在光照下DMPO-?O₂^?的ESR譜圖：BD-FSC (M), g-C₃N₄-FSC (N), g-C₃N₄/BD-FSC (O), g-C₃N₄/PMDA-FSC (P)；(Q)不同光活性平板絲分別在基態(tài)和三重激發(fā)態(tài)下的電子密度。

  為了評(píng)價(jià)不同平板絲敷料的光活性性能，首先借助于TD-DFT方法計(jì)算了四種樣品的前線分子軌道，并在光照下對(duì)樣品釋放的羥基自由基和超氧自由基等活性氧成份進(jìn)行了測(cè)定和比較，最后計(jì)算了樣品在基態(tài)和三重激發(fā)態(tài)下的電子密度。研究結(jié)果表明，在四個(gè)平板絲樣品中，g-C₃N₄/BD-FSC和g-C₃N₄/PMDA-FSC兩個(gè)樣品在光照下具有較為優(yōu)異的光活性性能。 

圖3. 抗菌性能評(píng)價(jià)。(A 到 C) 不同光活性平板絲樣品在光照下對(duì)對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和耐甲氧西林金黃色葡萄球菌的抗菌性能；(D) g-C₃N₄/BD-FSC的循環(huán)使用性能；(E 到 F) 不同細(xì)菌在殺滅前后的FE-SEM和TEM圖像：大腸桿菌 (E), 金黃色葡萄球菌 (F) , 耐甲氧西林金黃色葡萄球菌 (G)；(H 到 J) SG和PI染色圖：大腸桿菌 (H), 金黃色葡萄球菌 (I) , 耐甲氧西林金黃色葡萄球菌 (J)；(M 和 N) 核酸和蛋白質(zhì)含量測(cè)定。

  圖3研究了不同光活性平板絲敷料對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和耐甲氧西林金黃色葡萄球菌等三種細(xì)菌的抗菌效果。研究結(jié)果表明，g-C₃N₄/BD-FSC和g-C₃N₄/PMDA-FSC兩個(gè)樣品在光照下對(duì)三種細(xì)菌的抗菌效果最為顯著，這個(gè)結(jié)果也與圖2中光活性性能的測(cè)試結(jié)果一致。 

圖4. 光活性儲(chǔ)能性能評(píng)價(jià)。(A 到 D) 紫外-可見(jiàn)漫反射光譜：BD-FSC (A), g-C₃N₄-FSC (B), g-C₃N₄/BD-FSC (C), g-C₃N₄/PMDA-FSC (D)；(E 到 H) 樣品經(jīng)過(guò)光照后在暗態(tài)下DMPO?OH·的ESR譜圖：BD-FSC (E), g-C₃N₄-FSC (F), g-C₃N₄/BD-FSC (G) and g-C₃N₄/PMDA-FSC (H)；(I 到 L) 樣品經(jīng)過(guò)光照后在暗態(tài)下DMPO-?O₂^?的ESR譜圖：BD-FSC (I), g-C₃N₄-FSC (J), g-C₃N₄/BD-FSC (K), g-C₃N₄/PMDA-FSC (L)；(M 到 O) g-C₃N₄/BD-FSC經(jīng)過(guò)光照后在暗態(tài)下對(duì)三種細(xì)菌的抗菌性能；(P) g-C₃N₄/BD-FSC的重復(fù)使用性能。

圖5. 光活性平板絲敷料對(duì)感染創(chuàng)傷的抗菌修復(fù)作用。(A 到 C）不同敷料在不同時(shí)間下的傷口愈合圖、愈合面積比和愈合率；(D)和(E) 皮膚組織切片的HE和Masson染色圖。

圖6. CD45, collagen I and collagen III的IHC染色分析。

  由圖6表明，以g-C₃N₄/BD-FSC和g-C₃N₄/PMDA-FSC兩個(gè)樣品作為敷料對(duì)應(yīng)的感染創(chuàng)傷在修復(fù)階段（第10天）的炎癥情況明顯降低，并且在傷口修復(fù)后期，重新生長(zhǎng)的膠原蛋白較其他敷料對(duì)照組更為明顯，這說(shuō)明開(kāi)發(fā)的光活性平板絲敷料具有顯著的促進(jìn)創(chuàng)傷修復(fù)的作用。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adhm.202201397