一种以细菌性纤维素晶须为基础的透明伤口敷料和聚(2-羟乙基丙烯酸甲酯)外文翻译资料

 2022-04-15 08:04

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一种以细菌性纤维素晶须为基础的透明伤口敷料和聚(2-羟乙基丙烯酸甲酯)

摘要：

目前的研究旨在开发一种透明的伤口敷料，由细菌纤维素(BC)和聚(2 -羟乙基甲基丙烯酸甲酯)(PHEMA)组成，并涂上银(Ag)纳米颗粒。简单地说，不同浓度的BCWs被添加到HEMA溶液中，形成PHEMA / BCWs水凝胶与单体HEMA和BCWs的体积比为7:3和1:1。将BCWs添加到PHEMA中，其平衡含水量和透光率分别提高了20% - 40%和10%。PHEMA的杨氏模量为0.72 MPa，在PHEMA /BCWs 7:3和PHEMA /BCWs 1:1中分别提高了0.57 MPa和0.50 MPa。此外, PHEMA /BCWs水凝胶浸泡在硝酸银和NaBH4中，具有抗菌能力和对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌圈为0.5plusmn;0.15厘米和0.25plusmn;0.15厘米。同样，PHEMA/ BCWs与0.001 mol/L的AgNO3和0.001 mol/L NaBH4的方案中，在大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的菌落形成单位(CFU)中显示99%和90%的减少。PHEMA/BCWs/ Ag水凝胶促进了NIH3T3纤维细胞的生长，显示出其低毒性。这些结果证明了PHEMA /BCWs/ Ag水凝胶作为皮肤修复的潜在透明伤口敷料的适宜性

关键词:BC 晶须 ,水凝胶，抗菌性能，透明伤口敷料

1.简介

皮肤伤口，如烧伤，褥疮，开放性手术伤口等，长期以来都是医学上的挑战，使这些伤口保持无菌和相对干燥。伤口分泌物的积累如血液、间质液、伤口裂隙等，促进微生物细胞的生长，导致感染，延缓愈合过程。感染不仅会导致伤口部位的疾病，而且往往导致组织创伤和手术后的植入失败[1]。伤口敷料的理想材料必须具备下列条件:(1)积极吸收多余的和有害的渗出液,(2)保持湿润和加速愈合伤口附近的环境，(3)非过敏性反应及非细胞毒性，(4)高氧渗透性,(5) 容易从伤口部位移除，不会造成疼痛和伤害(6)具有杀菌和预防微生物感染，(7)透光率特性。水凝胶是具有这些特征的潜在候选。

水凝胶是一种亲水聚合物网络，可以吸收10 %- 20%的水分，使其在水中的干重达数千倍[2]，并能有效地吸收伤口渗出物。此外，它的柔韧性和良好的机械性能可以覆盖和保护伤口免受其附近的伤害和冲击。大多数水凝胶是由天然和合成聚合物组成的。三维(3D)聚合物网络可以利用药物和生物活性因子传递来促进抗感染和愈合过程。为此，通过改变聚合混合物中交联剂的用量，制备了从32% ~ 43%的平衡含水量的 PHEMA[3]。这些年来，由于其具有高的生物相容性和低的血栓性，一直被用于软性隐形眼镜和人工晶体的制造。同样,细菌纤维素(BC)水凝胶由醋酸菌[4]和无细胞系统[5 - 7]组成，拥有独特的特性,比如软弹性性质,生物相容性,敷料,膨胀能力,和质量输运属性等等。(8、9)它已经显示出巨大的潜力作为生物材料在组织工程中的应用,如人工血管[10]、缓释药物载体[11],和注射栓塞剂[12]。特别是在伤口愈合应用中，BC可以支持细胞粘附和增殖。例如，一项研究显示了人类脂肪源性干细胞(hASCs)的粘附和增殖，具有最小的炎症反应性病理研究，并表现出更好的综合特性。[13]同样地，以BC复合材料为基础的透明质酸[14]或蚕丝丝胶[15]，使伤口愈合过程优化，改善细胞外基质(ECM)生产，加速创面愈合。这些特征对BC在皮肤组织再生和创面愈合方面的应用有很大的应用前景

尽管它们具有较好的生物相容性和亲水性，但天然和合成水凝胶都缺乏抗菌性能，因此不能直接用于伤口敷料，以防止伤口感染。而锌、铜、银、二氧化钛、金等无机纳米颗粒是有效的抗菌剂，对不同微生物具有较强的抗微生物作用[16 - 18]。因此，这些纳米颗粒用于将抗菌活性传递给水凝胶[19,20]。

在目前的研究中，我们开发了一种透明的PHEMA /BCWs/ Ag水凝胶，用于伤口敷料的潜在应用。将BCWs添加到PHEMA中，提高了它的柔韧性和亲水性。此外，它还将其平衡含水量(EWC)从40%提高到60% - 80%，并使其快速吸收水分。这表明它有可能迅速吸收伤口上的多余和有害的渗出物，从而导致快速伤口愈合。此外，与对照组相比，水凝胶的透明度提高了90%，从而使伤口愈合过程得以观察和测量。此外, PHEMA/ BCWs / Ag水凝胶对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有抑菌作用和促进增长的NIH 3T3成纤维细胞毒性较低。因此，目前开发的PHEMA /BCWs/ Ag水凝胶可以作为一种透明的伤口敷料，用于临床皮肤修复。

2.材料与方法

2.1材料

化学试剂包括葡萄糖、酵母提取物、蛋白胨、磷酸二钠，柠檬酸等化学试剂都从西玛-奥尔德里奇(美国密苏里州圣路易斯)购买。-(-其他试剂包括2-羟乙基丙烯酸甲酯(HEMA)、EGDMA, TEMED和过硫酸铵(APS)是购自国药控股化学评议有限公司有限公司(上海,中国)。所有试剂均为分析级，无需进一步加工

2.2 BCWs的生产和制备

根据前面描述的方法制备和纯化BC水凝胶[21]。简而言之,金黄色葡萄球菌(ATCC53582)在含有葡萄糖20 gLminus;1,酵母提取物5 gLminus;1,蛋白胨5 gLminus;1,磷酸二钠2.7 gLminus;1,柠檬酸1.15 gLminus;1的HS 培养基中培养。在30℃静态孵化6-14天后, 在空气介质界面上生产的BC水凝胶，通过浸泡在蒸馏水里2天，除去培养基组分，然后用1 mol/L NaOH溶液加热30分钟，去除微生物细胞和蛋白质。后来,BC膜用蒸馏水再清洗几次和储存在4℃蒸馏水中做进一步使用。

为了制备BC晶须，小块状的提纯BC在组织捣碎机和高剪切均质剂(FLUKO FA25 – 25F)中被剪切，速度为10000 / min，10分钟，以获得BC泥浆。100 g BC均浆质在200毫升50%的硫酸风潮下的电热恒温水浴60℃24 h。最后,BC晶须是通过离心和透析,然后储存在4℃为进一步使用。

2.3 制备PHEMA/ BCWs水凝胶

根据之前描述的方法，制备和纯化了PHEMA水凝胶[22]。为制备PHEMA / BCWs水凝胶，单体HEMA和BCWs的体积比分别为7:3和1:1，交联分子乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA，血红蛋白0.1 mol %)和催化剂四甲基丙烯酸酯(TEMED)均添加到水前体中。添加过硫酸铵(APS,0.25%的血红素)通过打开单体的碳碳双键刺激聚合反应。在4小时后，形成的PHEMA / BCWs水凝胶被浸泡在50%，40%，30%，20%，10%，5%的酒精中，然后用无菌水冲洗24小时。准备好不同体积比例的HEMA和BC晶须前体，PHEMA,PHEMA /BCWs 7:3,PHEMA /BCWs 1:1。在此，从单体70% 体积比 HEMA和30% 体积比去离子水制备PHEMA样品。

2.4制备PHEMA/ BCWs/Ag水凝胶

冷冻干燥的PHEMA,PHEMA /BCWs 7:3,PHEMA/BCWs 1:1浸泡在0.001 M AgNO3溶液中，然后是0.001 M NaBH4，每个需要24h。所有浸泡过的样品都在大量水中漂洗，去除多余的溶液。银纳米粒子被吸附在水凝胶表面并使其浸染到它的基质中。样本储存在4◦C做进一步使用。

2.5 PHEMA, PHEMA/BCWs, and PHEMA/BCWs/Ag 水凝胶的特征描述

所有样品的平衡含水量(EWC)都是通过在真空干燥前后的重量进行加权来确定的，使用以下的方程：

采用接触角计(DSA100，德国)测量了动态接触角。简单地说，我们允许3 L的水滴滴到圆盘状冷冻干燥样品的表面上，而变化被监测为湿润时间的功能。每组由五个样本组成。对冻干样品的形貌和结构特点分别以场发射扫描电镜(FESEM, NovaNano SEM450,FEI)和场发射透射电子显微镜(FETEM, Tecnai G2 F20 s – TWIN ,FEI)为特征。同样，PHEMA的化学结构，PHEMA / BCWs和PHEMA /BCWs/ Ag水凝胶的形成通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析(顶点70,Bruker,Germany)得到证实。为此,所有样品的光谱记录的范围从550厘米到4000厘米minus;1的分辨率0.5厘米minus;1。通过x射线衍射(XRD)对所有样品进行多态结构分析。XRD模式记录使用x射线衍射仪(XRD、VG, Multilab 2000)扫描不同的角度从0到90◦。用紫外分光光度计(Agilent 8453,Agilent Technologies, Germany)测得所有样品的透光率在350 - 800nm波长范围内。所有样品的机械性能均采用无级CMT4000压缩试验仪(MTS Industrial system Co ,Ltd . China)，配备了50公斤重负荷电池(美国)。为了达到这个目的，水凝胶被切割成需要哑铃状的形状。在拉伸过程中，样品浸没在PBS溶液中，为样品的具体溶胀提供一个水环境

2.6．水凝胶的抗菌活性测试

两种典型的革兰氏阴性和阳性细菌。大肠杆菌和金黄色葡萄球菌用于测定水凝胶的抗菌活性。通过讨论扩散法和菌落形成单元(CFU)方法，对抗菌活性进行了比较。

2.6.1．纸片扩散法

主要以大肠杆菌、金黄色葡萄球菌培养在LB培养基和营养肉汤(NB)琼脂培养基[17]为例，测定了8 mm银包覆砂- PHEMA、PHEMA /BCWs 7:3 PHEMA/BCWs 1:1的抗菌活性。简单地说，将冷冻的样品切割成直径8毫米的圆盘状，并进行消毒。接下来是大肠杆菌和金黄色葡萄球菌菌悬液。菌悬液涂布在培养皿上和材料放置在顶部之后在37◦C 孵化24 h。最后,抑制区所有样品的测定。

2.6.2．菌落形成单位(CFU)法

采用CFU方法[23]，测定了银涂层样品的抗菌活性(PHEMA、PHEMA /BCWs 7:3、PHEMA /BCWs 1:1)。这些样品经过精细的切片和蒸压，分别添加到每个大肠杆菌和金黄色葡萄球菌菌悬液中的0.2 mL。对照组采用0.2 mL或NB培养基。所有样本在37℃孵化。在24小时内，用10毫升的PBS将细菌从样本中分离出来。之后，将含有细菌的10 mL PBS去除，稀释至适当浓度，然后将其加入LB和NB琼脂板，并孵育24小时。最后，在培养皿上出现了菌落数。

2.7．水凝胶的生物相容性测试

为了研究水凝胶对细胞行为的影响，在研究的所有样本中培养了NIH – 3T3 (小鼠胚胎成纤维细胞系)。简而言之,培养瓶中的细胞常规培养用高葡萄糖培养基(4.5 g Lminus;1)DMEM包含L-谷氨酸丙酮酸(110gL-1)、加入10%的FBS(美国Gibco)和1%青霉素和链霉素,在37◦C和大气中5%的二氧化碳中培养。培养基每2 - 3天补充一次，细胞每3 ~ 4天调一次。对于生物相容性分析,水凝胶薄膜被安置在96孔板与104细胞/孔,其次是5%二氧化碳大气中孵化24 h。孵化后,每个孔用PBS清洗三次和再加入新的DMEN培养基,然后加入10 L细胞计数Kit-8(CCK-8)试剂。样本再次孵化在37◦C 60分钟和他们使用断层光谱吸光度测量在450nm( Tecan、infinite F50、瑞士)。每个样做五个平行组。

3结果和讨论

3.1 PHEMA/BCWs水凝胶的合成

BCWs是通过BC微纤维的酸水解得到的(图1a)，并由高度晶态的杆状颗粒组成，其高宽比和与之前研究的特定区域一致[24]。BCWs通过TEM分析(图1b)所示，形成了一种稳定、分散的无表面活性剂的水悬浮液。尽管如此，很难估计BCWs的大小由于凝聚，TEM图像显示它们的长度在100到1000 nm之间，直径为10 - 100 nm。

图1a显示了PHEMA / BCWs和PHEMA /BCWs/ Ag水凝胶合成的示意图。在PHEMA / BCWs水凝胶中，BCWs和PHEMA分别作为增强剂和基质。这里是PHEMA的形成水凝胶基质是通过化学交联进行的，在整个过程中，交联剂EGDMA在化学上保持稳定，并在主链之间提供结构连接。APS被用作启动器在此系统中启动聚合反应。在交联过程中添加的温度加速了聚合过程。纯PHEMA水凝胶高度透明，均匀性好，微尺度上的紧致性(图1c)。将BCWs添加到PHEMA水凝胶中，保持良好的透光率。冷冻干燥PHEMA / BCWs水凝胶SEM扫面图揭示了BC纤维在PHEMA中均匀分布(图1d)。

定量光学透明度BCWs、PHEMA和他们的复合水凝胶是通过紫外可见分光光度计(图2)检测。结果表明,BCWs在550 nm只有80.3%的透光率,然而,复合水凝胶的透光率提高并记录PHEMA / BCWs 1:1水凝胶为89.7%和PHEMA/ BCWs 7:3为93.7%,分别在550nm。虽然复合水凝胶的光学透光率与纯PHEMA(gt; 95%)没有明显不同，但它可以观察和测量伤口愈合过程。

图1所示，(a)PHEMA / BCWs和PHEMA /BCWs/ Ag水凝胶合成的示意图，(b)BC晶须的TEM图像，SEMPHEMA图像(c)P

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