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层层自组装结合静电纺丝技术显著提高丝素蛋白

生物医学    2021-09-18 16:18

伤口敷料的多孔结构能有效地吸收渗出物,适当控制水分,以及保护伤口不受细菌侵害,从而加速伤口的愈合过程。开放、温暖和营养的伤口床为细菌的繁殖创造了理想的环境,愈合过程可能会很长,并有可能复发。因此,这样的伤口处理迫切需要具有抗菌成分的伤口敷料。丝素蛋白(SF)因其卓越的生物相容性而在组织工程中越来越需要。然而,纯SF生物材料的实际应用面临细菌感染的问题。

 

   因为SF和CS呈现出带相反电荷的基团(SF带负电荷,CS带正电荷),作者考虑了分层自组装(LBL),通过逐步将带相反电荷的分子应用到纳米纤维上,在表面会形成薄而密的功能分子层,得到了多功能材料。LBL技术操作简单,成本低,涂层厚度可控。在这项研究中,武汉大学邓红兵教授等人通过层层自组装(LBL)将壳聚糖(CS)和聚多巴胺(PDA)引入到电纺纳米纤维SF毡中,从而获得增强的抗菌能力和细胞相容性。沉积15个双层后,在潮湿条件下,垫子的拉伸模量从2.16 MPa(原始SF垫子)增加到4.89 MPa。随着垫子上更多的双层涂层,还探究了材料的亲水性。此外,LBL结构垫对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌能力提高了98%以上。另外,在L929细胞的增殖实验中观察到生物相容性的提高。总体而言,CS和PDA的沉积可进一步扩大SF在生物医学领域的用途。相关研究成果以“Chitosan/polydopamine layer by layer self-assembled silk fibroinnanofibers for biomedical applications”为题目发表于期刊《Carbohydrate Polymers》上。

 

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方案1 采用分层自组装的方法在丝素纳米纤维上沉积CS和PDA。

 

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图1  SF静电纺丝纳米纤维毡和LBL结构毡的FE-SEM图像:(a) SF, (b) (CS/PDA)5, (c) (CS/PDA)10.5, (d) (CS/PDA)15.5。

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图2.(a)4000–500cm-1的定性FT-IR光谱,(b)块状和LBL结构垫的WAXRD图案,(c)潮湿条件下SF和LBL结构垫的应力应变测试,( d)SF和LBL结构垫的水接触角数据。

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图3 SF和LBL结构毡对大肠杆菌和大肠杆菌的抗菌活性金黄色葡萄球菌:(a) SF, (b) (CS/PDA)5, (c) (CS/PDA)5.5, (d) (CS/PDA)10.5, (e) (CS/ PDA)15, (f) (CS/PDA)15.5。

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图4 在(a) SF, (b) (CS/PDA)5, (c) (CS/PDA)10, (d) (CS/PDA)10.5, (e) (CS/PDA)15, (f) (CS/PDA)15.5上培养的L929细胞的FE-SEM图像。