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中科院化學(xué)所張軍/田衛(wèi)國、國家納米中心孫斐婓 AFM：纖維素基Janus智能敷料 - 用于糖尿病傷口滲出液管理與可視化監(jiān)測
2023-10-15  來源：高分子科技

  難愈合的糖尿病傷口已成為對公眾健康日益嚴重的威脅，也是再生醫(yī)學(xué)的一大挑戰(zhàn)。通常，高血糖組織滲出液，嚴重細菌感染，氧化應(yīng)激反應(yīng)等是阻礙糖尿病傷口愈合的主要原因。有效的滲出液管理對于減少糖尿病傷口的炎癥和感染至關(guān)重要。因此，迫切需要用于糖尿病傷口滲出液管理的多功能敷料。即使敷料的排液性能得到優(yōu)化，但是，當(dāng)需要更換敷料時，始終需要依靠醫(yī)學(xué)專家的經(jīng)驗。如果存在一種智能敷料，可以診斷糖尿病傷口愈合階段，并在沒有護理專業(yè)人員的情況下指示更換敷料的正確時間，它將有效地簡化日常護理并減輕糖尿病患者的經(jīng)濟負擔(dān)。


  近期，中科院化學(xué)所張軍研究員、田衛(wèi)國副研究員、國家納米中心孫斐婓副研究員提出了一種具有液體定向排出能力的pH響應(yīng)纖維素基Janus無紡布敷料 (Cell-An/PCL-Ch)，用于糖尿病傷口滲出液管理，監(jiān)測和加速糖尿病傷口愈合過程。先后通過同軸氣流紡絲與靜電紡絲法，制備得到了由含有pH響應(yīng)成分（紅甘藍花青素）的纖維素親水層和含有抗菌成分（氯己定，）的聚己內(nèi)酯疏水層組成的Janus敷料。


圖1 纖維素基Janus無紡布敷料的制備流程


  良好的液體定向排出能力有利于抑制細菌增殖，緩解糖尿病傷口感染。與未修飾的纖維素?zé)o紡布敷料（Cell）進行對比，如圖2a所示，熒光液滴垂直向上噴射并可以立即穿透Cell，最終在頂部和底部都觀察到熒光液滴。而當(dāng)熒光液滴首先接觸Janus敷料的親水層時，如圖2b所示，熒光液滴僅在底部親水側(cè)可以觀察到。相比之下，當(dāng)熒光液滴首先接觸Janus敷料的疏水表面時，如圖2c所示，熒光滴在3秒內(nèi)緩慢穿透Janus敷料，最后出現(xiàn)在頂部親水表面上。


圖2 基于纖維素?zé)o紡布的Janus傷口敷料的液體定向排出性能


  如圖3b所示，當(dāng)pH值從5增加到9時， Janus敷料的顏色逐漸從玫紅色變?yōu)樯钏{色。但是，如果pH值非常接近（例如，pH = 5和5.5），則很難用肉眼區(qū)分。理論上講，每一個細微的顏色差別都可以通過λmax-pH的嚴格函數(shù)來識別（圖3d）。但是，這種精確的光譜方法依賴于笨重的光譜儀，在實踐中不便于診斷糖尿病傷口。本文提出了一種基于便攜式智能手機的簡單方法，如圖3e所示，RGB顏色可以通過python程序從圖3b中的圖像中進行拾取和重建。隨后可以建立R/B，R/G-pH的函數(shù)關(guān)系（圖3g，h），依賴特定的函數(shù)關(guān)系，最后通過智能手機中設(shè)置的app程序計算得到傷口的實時pH，以此來決定是否需要更換敷料。此外，Janus敷料的pH值變化還可以通過無線傳輸?shù)绞謾C的高分辨率監(jiān)控系統(tǒng) (圖3i，j)進行實時監(jiān)測，為醫(yī)護人員診斷糖尿病傷口的愈合過程并決定何時更換敷料提供了一種方便的方法。


圖3 pH響應(yīng)性Janus無紡布敷料進行糖尿病傷口監(jiān)測和診斷


  在糖尿病大鼠背部制造全皮缺損傷口（×3，Φ = 10mm），以評估不同敷料的促愈合性能。如圖4b-d所示，第7天，Cell-An/PCL-Ch組傷口面積約為43%。相比之下，Cell/PCL組和紗布組的傷口面積分別為55.6%和62.2%（p <0.01）。在第14天，對于Cell-An/PCL-Ch組，糖尿病傷口幾乎完全恢復(fù)（未愈合面積，3.8%），而Cell/PCL組和紗布組分別有11.5%和20.9%的傷口區(qū)域仍未愈合。此外，得益于疏水表面對傷口的低粘附， Cell-An/PCL-Ch可以較為容易地從傷口中移除，而不會引發(fā)再次創(chuàng)傷（圖4e）。


圖4 Janus無紡布敷料的糖尿病傷口促愈合性能評估


  該項研究以“Cellulose-Based pH-Responsive Janus Dressing with Unidirectional Moisture Drainage for Exudate Management and Diabetic Wounds Healing”為題發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上，第一作者為中國科學(xué)院化學(xué)研究所博士研究生許展，通訊作者為中科院化學(xué)所田衛(wèi)國副研究員和國家納米中心孫斐斐副研究員。


  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202307449

  下載：Cellulose-Based pH-Responsive Janus Dressing with Unidirectional Moisture Drainage for Exudate Management and Diabetic Wounds Healing

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