东北大学宋焱焱教授、丁辰教授团队 ACS Nano：可视化检测细菌感染和按需治疗的双层水凝胶抗菌敷料

2023-07-06 来源：高分子科技

皮肤是身体表面包在肌肉外面的组织，是人体最大的器官，主要承担着保护身体（如：防止外来病原体、细菌、病毒等的入侵）、维持身体新陈代谢、感知冷热和压力等重任。手术过程中护理不当或疏忽、烧伤、慢性疾病等均会使皮肤破损。破损的皮肤容易受到细菌的感染，若不及时治疗则会导致更严重的感染，甚至威胁到人类的健康及生命。

近日，东北大学理学院宋焱焱教授团队和生命与健康学院丁辰教授团队合作，报道了一种集检测、按需治疗一体的皮肤伤口抗菌敷料。该敷料具有两层结构，第一层以卡拉胶（Carr）为骨架，结合溴百里酚蓝（BTB）和Fe-MOF的pH响应性能并引入耐药菌指示剂（头孢硝噻吩），构建了具有比色检测非耐药/耐药（DS/DR）细菌和pH响应释放抗生素功能的水凝胶；第二层以聚二甲基硅氧烷（PDMS）为骨架，结合力致发光材料（ML，CaZnOS: Mn²⁺）和Pt@TiO₂的LSPR效应，通过机械力诱发“暗态”光催化反应对耐药（DR）细菌进行灭活。该伤口敷料的工作原理如图1所示，当伤口出现DS/DR细菌感染时，第一层水凝胶可以对细菌感染做出快速的响应（黄色：非耐药；红色：耐药菌株感染），并鉴于检测结果对伤口感染部位进行按需治疗。即：黄色出现时，继续贴敷第一层水凝胶使Fe-MOF在酸性环境中发生水解反应释放羧苄青霉素，达到对DS细菌感染治疗的目的；红色出现时，则使用第二层PDMS弹性体贴敷于伤口表面，同时通过按摩、拉伸、触碰等 “运动”行为对PDMS层施加轻微的压力，诱导CaZnOS: Mn²⁺ 发光，激发Pt@TiO₂产生自由基灭活DR细菌，此“暗态”光催化对微生物灭活具有长效的活性。本研究中所发展的抗菌敷料具有较高的诊断及治疗效率，同时兼备低成本、易操作等优点，为发展家用伤口细菌检测和治疗一体化敷料提供了新的设计思路。

图1 双层抗菌敷料制备步骤及工作原理示意图。

图2 第一层抗菌敷料材料表征

图3 第二层抗菌敷料上机械力诱导“暗态”下自由基生成示意图

图4 第一层水凝胶对非耐药/耐药细菌的检测性能测试

图5 双层抗菌敷料对非耐药/耐药细菌的体外抗菌性能测试

图6 双层抗菌敷料活体检测抗菌性能测试

该成果以“A “Test-to-Treat” Pad for Real-Time Visual Monitoring of Bacterial Infection and On-Site Performing Smart Therapy Strategies”为题发表于《ACS Nano》上。文章第一作者为博士生赵晨曦，通讯作者为东北大学宋焱焱教授和丁辰教授。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c01158

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（责任编辑：xu）

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