欧美日韩Aa在线直播_自拍青草99视频_日本一线产区和韩国二线_日韩.国产.噢美日韩精品综合观看_亚州四虎精品久久久_曰曰日在线_精品久久久av_精品欧美国产一区二区三区不卡_欧美亚洲日韩_天天ri网_国产精品看片直播_亚洲中文久久久久久精品国产_天天色天天日综合_久久久久久成人免费看A四叶草_丁香六月狠狠综合天香_永久的伊甸园_国产熟妇无码A片AAA毛片视频

搜索：  
福州大學(xué)楊建民、石賢愛課題組 Acta Biomater.：具有細菌原位檢測與清除功能的智能傷口敷料
2023-12-18  來源：高分子科技

  感染會阻礙傷口愈合過程，甚至可能導(dǎo)致危及生命的并發(fā)癥，如組織壞死、器官衰竭和敗血癥。因此，早期及時發(fā)現(xiàn)和治療感染性病原體對于防止傷口進一步惡化至關(guān)重要，并有利于傷口護理。目前，臨床檢測病原體的金標準主要包括平板培養(yǎng)、聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)、測序等。雖然這些方法相對靈敏可靠，但復(fù)雜的工作流程，包括繁瑣的樣品預(yù)處理和數(shù)小時至數(shù)天的檢測時間，可能會錯過治療機會。此外，這些檢測方法的應(yīng)用受到對精密儀器和熟練操作人員需求的限制，使其難以在醫(yī)療資源有限的地區(qū)或在現(xiàn)場實施。因此，迫切需要開發(fā)簡單、快速、經(jīng)濟、可現(xiàn)場操作的傷口感染性病原體檢測分析策略。當前，無需實驗室設(shè)施的即時檢測(POCT)方法已經(jīng)成為一種可行的替代方法，也是病原體檢測研究的焦點。雖然POCT方法在檢測傷口細菌方面卓有成效，但它們通常沒有考慮到傷口護理的其他重要方面，如傷口保護、抗菌特性和促進愈合。此外，以往主要基于傷口溫度、pH變化判定傷口感染程度的方式，其準確性往往受環(huán)境和生理干擾因素較大。



  近日，福州大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院楊建民、石賢愛課題組，將即時檢測(POCT)策略和光動力抗菌(PDT)技術(shù)相結(jié)合構(gòu)建了一種新型智能敷料，用于原位檢測和清除傷口致病菌。該研究以羧甲基殼聚糖和氧化海藻酸鈉為基質(zhì)，加入4-甲基傘形酮-β-D-葡萄糖苷(MUG)和二氧化鈦包覆的上轉(zhuǎn)化納米顆粒(UCNPs@TiO2)制備智能水凝膠敷料。該敷料能夠與細菌分泌的β-葡萄糖醛酸酶(β-GUS)反應(yīng)生成4-MU，后者在紫外光激發(fā)下發(fā)出裸眼可見的藍色熒光，從而實現(xiàn)對細菌進行可視化檢測。合成的UCNPs@TiO2光敏劑，能夠在近紅外光照射下生成活性氧(ROS)，從而具有較高的PDT抗菌性能。同時，能夠根據(jù)細菌檢測的診斷結(jié)果，調(diào)整近紅外光照射的時間和頻率。此外，構(gòu)建了一套基于智能手機的便攜式檢測系統(tǒng)，并配備了自主開發(fā)的Android APP，可在幾秒鐘內(nèi)對病原體進行原位檢測。該研究采用大腸桿菌—金黃色葡萄球菌混合菌液構(gòu)建SD大鼠全層皮膚創(chuàng)面感染模型，系統(tǒng)評價了智能傷口敷料的體內(nèi)抗菌活性和促愈合能力。 


圖1. 智能傷口敷料示意圖。(a) 智能傷口敷料結(jié)構(gòu)。(b) 同時原位檢測和清除傷口部位的致病菌。(c) 紫外光下細菌原位可視化檢測機制。(d) 近紅外光下抗菌機理。

  已知MUG分子含有糖苷鍵，可被β-GUS酶解成4-MU和β-D-葡萄糖醛酸，而4-MU在紫外光照射下可產(chǎn)生藍色熒光。由于常見的傷口病原菌，如大多數(shù)腸桿菌科、金黃色葡萄球菌、肺炎鏈球菌和銅綠假單胞菌都能分泌β-GUS，因此將MUG摻入透明度較高的水凝膠敷料中可以實現(xiàn)傷口細菌的原位可視化檢測。該研究分別通過肉眼和智能手機檢測裝置觀察水凝膠敷料—大腸桿菌共孵育后藍色熒光強度變化。結(jié)果表明，在相同的培養(yǎng)時間下，熒光強度隨細菌濃度的增加而增加，表明可以實現(xiàn)細菌的可視化檢測與感染程度判定。但與基于智能手機的檢測裝置相比，裸眼識別的靈敏度較低。只有當細菌濃度高于106 CFU/mL時，可以裸眼觀察到顯著熒光強度差異；而在智能手機檢測裝置中，細菌濃度為103 CFU/mL即可觀測到顯著熒光變化。同時，ImageJ處理結(jié)果顯示出了類似的變化趨勢。在此，裸眼的低靈敏度主要是由于紫外線光源的位置和角度變化、水凝膠的表面光反射、環(huán)境光的干擾等導(dǎo)致激發(fā)光強度不一致，這也是裸眼檢測的共性問題。據(jù)報道，當傷口細菌數(shù)量達到105左右時，通常可被認定為感染。因此，雖然可以通過裸眼觀察識別已感染的傷口，但為了實現(xiàn)感染的早期發(fā)現(xiàn)，還是需要借助智能手機檢測裝置。 


圖2. (a) 裸眼觀察和(b) 基于智能手機的檢測設(shè)備進行大腸桿菌檢測示意圖以及記錄的熒光照片。


  為了方便檢測，自主開發(fā)了Android APP命名為“Pathogenic Detection”用于快速準確地檢測和診斷傷口細菌感染情況。該APP主要用于通過測量不同濃度細菌—智能傷口敷料共孵育的熒光強度（轉(zhuǎn)換為RGB值）來分類感染水平。如前所述，105 CFU/mL的細菌量被認為是傷口感染的臨界閾值。同時，為了及時發(fā)現(xiàn)傷口細菌，將智能傷口敷料—細菌共培養(yǎng)1小時后的熒光強度作為判斷傷口感染的標準。通過分析大量結(jié)果后設(shè)定：當RGB值中的B值低于124時，將感染級別定義為“Low-risk”；當B值處于124—184時，將感染級別定義為“Infected”；當B值高于184時，將感染級別定義為“Severe”。在此，不同的診斷水平可作為選擇相應(yīng)抗菌治療策略的參考。例如，“Low-risk”結(jié)果表示無需進行抗菌治療，而“Infected”結(jié)果則需要立即進行PDT抗菌治療。一旦檢測到“Severe”級，有必要增加抗菌治療的頻率。此外，該APP與基于智能手機的檢測設(shè)備相結(jié)合，可以在幾秒鐘內(nèi)檢測和診斷傷口感染情況。 


圖3. “Pathogenic Detection”APP手機界面及檢測流程，所用智能手機為小米Redmi K30 Ultra。

  將智能傷口敷料浸入大腸桿菌—金黃色葡萄球菌混合懸液中評價其體外細菌檢測和抑制能力。在細菌剛接觸敷料時，由于沒有生成4-MU，所有組的B值都處于“Low-risk”水平。此外，未添加細菌的敷料隨著時間的推移，B值始終低于100。然而，添加細菌的敷料在培養(yǎng)3 h后B值增加到150左右，即“Infected”。此外，實驗組在培養(yǎng)6 h后B值升高至170左右，仍處于“Infected”水平，而敷料+細菌組的B值約為240，處于“Severe”水平。這種差異主要是由于敷料+細菌組未經(jīng)近紅外照射（無抗菌效應(yīng)），因此敷料的熒光強度隨著細菌的增殖而不斷增加。相反，實驗組在NIR照射下，大部分細菌在3 h時被光敏抗菌劑產(chǎn)生的ROS消滅，殘留的β-GUS和細菌導(dǎo)致熒光信號增長緩慢。 


圖4. 智能傷口敷料體外原位致病菌檢測與抑制測試。(a) 體外細菌檢測及抑制示意圖及(b)試驗結(jié)果。(c) 采用基于智能手機的檢測系統(tǒng)檢測實驗組的檢測診斷結(jié)果。

  該研究采用全層皮膚缺損SD大鼠，評價了智能傷口敷料的體內(nèi)細菌檢測及抑制作用。與正常傷口相比，在紫外線照射下，感染傷口可見藍色熒光。感染創(chuàng)面第0天通過智能手機檢測系統(tǒng)測得B值約為221，明顯高于正常組(約120)，表明創(chuàng)面處于“Severe”感染階段。感染創(chuàng)面B值隨著近紅外光處理逐漸降低，直至與正常組一致，說明創(chuàng)面細菌數(shù)量減少，并得到有效抑制。提取不同時間點創(chuàng)面滲出液進行細菌培養(yǎng)。近紅外光處理后的細菌數(shù)量明顯減少。第6天幾乎沒有觀察到明顯的菌落。大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的存活率均降至5%以下。值得一提的是，該研究中的抗菌治療僅在敷料更換時進行。因此可以推斷，增加抗菌治療次數(shù)將加速細菌清除效果。以上結(jié)果表明，該智能傷口敷料具有良好的細菌檢測和響應(yīng)性抗菌能力，可作為一種新型傷口敷料用于傷口感染的原位檢測和按需抗菌治療。 


圖5. 智能傷口敷料體內(nèi)原位致病菌檢測與抑制。(a) 體內(nèi)細菌檢測與消滅示意圖。(b) 用裸眼觀察感染和正常SD大鼠傷口敷料的熒光。(c) 基于智能手機的檢測系統(tǒng)檢測結(jié)果。(d) 感染傷口菌落計數(shù)。

  兼具原位檢測和清除細菌的智能傷口敷料可以準確評估創(chuàng)面細菌感染情況，根據(jù)需要進行精準抗菌治療，從而提高創(chuàng)面護理效率，促進創(chuàng)面?zhèn)性化治療。然而，目前這類敷料報道較少。雖然可以通過在敷料中嵌入復(fù)雜的生物傳感器或電子元件來實現(xiàn)原位細菌檢測，但是較高的生產(chǎn)成本和復(fù)雜的傷口護理方式具有應(yīng)用局限。同時，以往主要基于傷口溫度、pH變化判定傷口感染程度的方式，其準確性往往受環(huán)境和人體生理干擾因素較大。此外，盡管使用顏色變化作為傷口感染檢測是一種方便實用的方法，但是僅僅依靠裸眼識別和判斷的視覺檢測方法往往受到個體感官差異的影響。由于當前智能手機的廣泛使用和固有優(yōu)勢，包括高效率、非侵入性、便攜性以及安裝第三方APP作為信號讀取器的能力，因此基于智能手機的POCT方法受到了較高關(guān)注。此外，傷口愈合的實時過程數(shù)據(jù)可以根據(jù)需要傳送給遠程醫(yī)療人員，從而實現(xiàn)遠程護理。


  該研究研制了一種能同時原位檢測和清除致病菌的智能傷口敷料。其中，細菌的存在可以通過跟蹤敷料的藍色熒光直觀地檢測出來。同時，利用構(gòu)建的基于智能手機的檢測系統(tǒng)，在達到感染極限前對病原菌進行檢測和診斷。此外，該智能敷料通過近紅外照射下的光動力抗菌效應(yīng)，能夠有效地按需殺滅創(chuàng)面關(guān)鍵致病菌。該研究提出的智能傷口敷料能夠在早期及時發(fā)現(xiàn)和治療感染性病原體，有利于傷口管理。該項成果以“Intelligent Wound Dressing for Simultaneous in situ Detection and Elimination of Pathogenic Bacteria”為題發(fā)表在Acta Biomaterialia期刊上。福州大學(xué)楊建民副教授為本論文第一作者，通訊作者為石賢愛教授和日本東京都立大學(xué)的毛思鋒助理教授，其中所用的Android APP為福州大學(xué)高躍明教授團隊設(shè)計開發(fā)。該研究工作得到了福建省自然科學(xué)基金、福建省海洋經(jīng)濟發(fā)展專項等項目的資助。


  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.actbio.2023.11.045

版權(quán)與免責聲明：中國聚合物網(wǎng)原創(chuàng)文章。刊物或媒體如需轉(zhuǎn)載，請聯(lián)系郵箱：info@polymer.cn，并請注明出處。
（責任編輯：xu）
【大 中 小】【打印】【關(guān)閉】

誠邀關(guān)注高分子科技

更多>>最新資訊
更多>>科教新聞