周贵寅副教授课题组《Chemical Engineering Journal》：集成槲皮素和多巴胺包裹纳米氧化锌的多功能水凝胶，利用光热抗菌和抗氧化特性治愈细菌感染的伤口
最近，生命科学与化学学院周贵寅团队在《Chemical Engineering Journal》期刊上发表基于槲皮素和多巴胺涂层氧化锌纳米粒子的多功能水凝胶，具有温和的光热抗菌和抗氧化特性，用于治愈细菌感染的伤口的文章。细菌感染和炎症会阻碍皮肤伤口的自然愈合过程，还可能引起伤口并发症。鉴于上述考虑，本研究开发了一种抗菌抗氧化QT/PDA@ZnO /QCS/(PAM-PAMPS)水凝胶(QPQH)。该水凝胶敷料将槲皮素（QT）、季铵盐壳聚糖（QCS）和聚多巴胺包被的氧化锌纳米粒子（PDA@ZnO NPs）纳入聚丙烯酰胺-聚（2-丙烯酰胺-2-甲基- 1-丙磺酸）（PAM-co-AMPS）水凝胶。这种设计使QPQH表现出良好的机械性能、卓越的粘附性能以及与伤口紧密粘附的能力。 PDA@ZnO NPs的温和光热特性（˃50℃）和Zn2+释放能力可以配合QCS对细菌细胞膜的破坏能力，从而实现高效灭菌。该过程已被证明对 和 有效，效率分别约为 98.5% 和 99.8%。将 QT 纳入水凝胶中可赋予其优异的抗氧化特性，有助于减少伤口的氧化应激并预防炎症。此外，水凝胶表现出良好的血液相容性和细胞相容性，有利于细菌感染伤口的修复，促进皮肤伤口的血管生成和胶原蛋白沉积。总之，抗菌抗氧化QPQH敷料在治疗细菌感染伤口方面具有巨大的临床应用潜力。
要点分析
要点一：设计了一种多功能水凝胶伤口敷料，它结合了粘附性、机械性能、抗菌和抗氧化性能，以促进细菌感染伤口的愈合。水凝胶（QPQH）的形成是基于AM（丙烯酰胺）和AMPS（2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸）的共聚，使水凝胶具有良好的力学性能和粘附性能。然后加入QT（槲皮素）、QC（季铵盐壳聚糖）和PDA@ZnO NPs（聚多巴胺包覆的氧化锌纳米颗粒）。QCs的季铵盐基团破坏细菌细胞膜，PDA@ZnO NPs响应近红外激光并释放Zn2+，在温和的光和热下实现有效的杀菌。同时，QT可以通过清除伤口中的自由基而表现出良好的抗氧化性能。当用作伤口敷料时，水凝胶可以促进表皮再生、胶原沉积，加速感染伤口的愈合过程。
方案一：A）PDA@ZnO NPsandQPQH的制备示意图。B）促进细菌感染伤口愈合的amild光热活性抗菌抗氧化多功能水凝胶敷料（QPQH）示意图。C）QPQH的抗菌和抗氧化机制。
图文导读
图 1.氧化锌纳米粒子的表征，PDA@氧化锌纳米粒子和QPQH。（A）ZnO NPs和PDA@ZnO NPs的SEM图像比较。（B）Zn和O在ZnO纳米粒子的相应元素映射。（C）PDA@ZnO纳米粒子的尺寸分布。（D）ZnO纳米粒子和PDA@ZnO纳米粒子的XRD图谱。（E）ZnO纳米粒子和PDA@ZnO纳米粒子的FT-IR光谱。（F）QPQH及其组分的FT-IR光谱。(G)QPQH的宽扫描光谱。（H）C1S的高分辨率光谱。（I）Zn 2p的高分辨率光谱。
图 4：QPQH的光热特性。（A）QPQH在近红外辐射下的光热示意图。（B）具有不同PDA@ZnO NPs含量的QPQH的光热图像和（C）光热曲线。（D）PDA@ZnO NPs、QPQH混合物和QPQH的光热曲线和（E）QPQH在不同时间的光热图像。（F）QPQH在五次开/关循环下的光热稳定性。
图 5.（A）用不同成分的QPQH处理的金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的光学图像，有或没有NIR。和(B)大肠杆菌存活率。(C)金黄色葡萄球菌存活率。(D)DPPH清除机制。（E）DPPH测定的紫外-可见光谱。和(F)在517nm处的吸光度。（G）不同QT含量的QPQH的DPPH清除率。（H）AQT含量为0.5%的QPQH的DPPH清除率随时间变化。
图 6.（A）有和没有QPQH处理的L929细胞24小时和48小时的迁移图像和（B）迁移率。（C）不同处理后L929细胞的活/死染色图像。（D）用不同浓度的QPQH处理后L929细胞的细胞活力。（E）溶血试验（F）QPQH溶血图像。
图7.QPQH促进小鼠感染伤口的体内愈合。（A）温和光热下QPQH对细菌感染伤口的治疗示意图。（B）治疗不同天数后伤口区域的代表性照片以及伤口愈合痕迹。（C）治疗14天后伤口区域的H&E染色的组织学图像（红色区域表示肉芽，蓝色区域表示毛囊）。（D）治疗14天后胶原蛋白沉积的Masson三色染色的组织学图像。（E）治疗14天后的CD31的免疫荧光图像。（F）治疗十四天后的胶原蛋白沉积率。（G）治疗141天后的CD31荧光比率。
结论
总之，开发了具有抗菌和抗氧化特性的多功能QPQH伤口敷料，以实现感染伤口的紧密粘附和有效愈合。QPQH内的网络结构赋予水凝胶高拉伸变形（约1544%）和适当的拉伸强度（约282.28 kPa）。此外，水凝胶还表现出优异的粘附性能（约48KPa）和良好的机械稳定性。水凝胶中带正电荷的季铵盐基团捕获并破坏带负电荷的细菌表面。温和的光热效应（50°C）与Zn 2+的释放不一致，熔化细菌内部酶活性等成分以实现优异的抗菌性能（金黄色葡萄球菌约为98.5%；大肠杆菌约为99.8%）。槲皮素的自由基清除能力保证了水凝胶稳定的抗氧化能力。体外和体内研究表明，QPQH水凝胶表现出优异的生物相容性，加速感染伤口的愈合，促进组织再生。这种材料作为伤口敷料具有显著的临床应用潜力。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.154518
