仿生壳聚糖基Janus敷料:不对称润湿性设计实现出血创面的快速止血-抗菌-促再生三重协同治疗

【字体: 时间:2025年06月11日 来源:Carbohydrate Polymers 10.7

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  针对出血性创面治疗中止血、抗菌与组织再生难以协同的难题,本研究开发了一种仿皮肤结构的壳聚糖基Janus敷料。通过构建内层CSMA/PDA-SiO2 亲水海绵(止血/抗氧化/促血管)与外层ZIF-8@TPU疏水纳米纤维(抗菌屏障)的双层体系,在大鼠肝损伤和断尾模型中实现失血量减少0.44g/0.23g、止血时间缩短41.52s/59.47s,并通过增强胶原沉积(20.82%)和CD31表达(3.10%)加速全层皮肤创面愈合,为多功能创面管理提供创新解决方案。

  

在急诊救治和战伤处理中,出血性创面犹如被按下"生命倒计时按钮"——每分钟失血超过40ml即可导致休克,而暴露的创面又成为细菌入侵的"VIP通道"。传统敷料往往顾此失彼:无机止血粉可能引发栓塞,天然聚合物敷料虽促进凝血却因亲水性成为"细菌培养皿"。更棘手的是,止血、抗菌与组织再生这三个关键环节如同"不可能三角",现有技术难以同时突破。受皮肤表皮-真皮异质结构的启发,广东工业大学的研究团队在《Carbohydrate Polymers》发表了一项突破性研究,他们设计的壳聚糖(CS)基Janus敷料通过仿生不对称润湿性设计,首次实现了"止血-抗菌-再生"的三重协同效应。

研究团队运用溶液静电纺丝(SES)构建TPU-ZIF-8疏水纳米纤维膜,采用光交联技术制备CSMA/PDA-SiO2
亲水海绵,通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和接触角测试进行材料表征,并采用大鼠肝损伤、断尾及全层皮肤缺损模型进行功能验证。

材料合成与表征
成功制备的PDA-SiO2
纳米颗粒簇尺寸达312.43±18.94nm,zeta电位降至-25.63mV;ZIF-8呈现典型十二面体结构,比表面积达1327m2
/g;CSMA取代度31.72%兼具水溶性与光交联能力。Janus敷料呈现显著润湿梯度(外层接触角152.3°,内层0°),TPU纳米纤维直径1.87±0.32μm,CSMA海绵孔隙率91.4%。

功能验证
抗菌测试显示ZIF-8@TPU对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑制率分别达93.5%和89.2%,归因于Zn2+
释放与物理屏障协同作用。体外止血实验证实CSMA/PDA-SiO2
使血小板黏附量提升2.1倍,红细胞聚集速率提高68%。DPPH清除实验证明PDA赋予敷料82.7%自由基清除率。

动物实验
在肝损伤模型中,Janus敷料组失血量(0.58g)显著低于纱布组(1.02g),止血时间缩短41.52秒。全层创面愈合实验显示,治疗组第14天胶原沉积密度较对照组提升20.82%,CD31阳性血管密度增加3.10%,证实其促再生能力。

这项研究通过仿生设计破解了多功能敷料的协同难题:疏水TPU-ZIF-8层如同"智能防盗门"阻断细菌入侵,亲水CSMA/PDA-SiO2
层则化身"急救站"加速止血并营造再生微环境。特别值得注意的是,PDA-SiO2
的引入构建了"止血-抗氧化-促血管"功能链:SiO2
激活凝血因子XII/VII,PDA清除自由基,硅离子上调VEGF表达。这种模块化设计策略为下一代智能敷料开发提供了新范式,其临床转化将显著提升严重创伤救治成功率。

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