纳米纤维表面MOFs化结构的设计及其抗耐药菌感染的研究

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耐药菌感染的伤口愈合周期长,治疗困难,如不及时采取正确方法加以控制,将会引发全身性感染甚至导致死亡。目前,能够应对耐药菌感染的抗菌药物正在逐年减少,新药研发周期长,投入大,加之耐药菌复杂多变发展速度快,使得常规疗法遭遇瓶颈。据预计,如果任由此种形势继续发展,30年后由耐药菌导致的死亡人数将会达到1,000万/年,经济损失将会达到100万亿美元。由此可见,耐药菌引起的伤口感染已经构成了一个严重的问题,是全球人类健康面临的严重威胁之一。近年来,采用新型抗菌剂(抗菌肽、金属及金属氧化物纳米颗粒)和新兴抗菌方法(光热疗法和光动力疗法)对耐药菌感染进行控制的手段逐渐发展。相对于抗生素来说,这些方法的抗菌机制复杂,无需特异性靶点即可有效消灭耐药菌。然而,也存在不可忽视的缺点如一定的细胞毒性、材料不稳定性、易团聚,光稳定性差以及温度不易控制等。因此,对伤口管理至关重要的是研发一种可快速清除损伤后耐药菌感染的安全高效的治疗方式。本文基于以上研究背景,以卟啉金属有机框架纳米颗粒(Metal-Organic Frameworks,MOFs)作为光敏剂,依托静电纺丝技术拓展性强的特点和所制备纳米纤维结构独特的优势,提出以纳米纤维作为基材,采用共混纺丝和多酚介导两种方式实现纤维表面MOFs化,探究纳米纤维膜的~1O2产生能力的优化准则,从而实现对耐药菌高效杀灭的功能。研究结论主要分为以下三点:(1)通过溶剂热法将光敏剂引入MOFs框架结构中成功合成卟啉MOFs纳米颗粒(PCN-224 NPs)。合成的MOFs颗粒呈现球形形态,尺寸均一,分散性好。卟啉配体在框架中结构完好,有效分散,光稳定性得到改善,MOFs颗粒具有良好的~1O2产生能力。(2)通过共混静电纺丝技术将PCN-224 NPs引入聚己内酯(PCL)纳米纤维中,制备具有光动力活性的复合纳米纤维膜。分别对装载不同浓度PCN-224NPs的PCL纤维膜表面形貌,~1O2产生性能、颗粒分布,抗菌性能以及细胞毒性等进行系统评价。结果表明,掺杂浓度为25 wt%时复合膜具有最优的~1O2产生能力以及抗菌性能,并且生物相容性良好。(3)在此基础上,提出采用多酚类涂层(TBA)作为介导层在PCL纳米纤维表面负载PCN-224 NPs,实现显著增强的~1O2产生能力。结果显示,通过TBA涂层能够将PCN-224 NPs牢固结合在PCL纤维表面,~1O2产生能力显著提高。并且基于TBA与PCN-224 NPs协同抗菌作用,实现对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌的高效杀灭。体内伤口愈合实验进一步证明复合纳米纤维膜能够高效杀灭伤口处细菌,促进耐药菌感染伤口愈合。
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