一种便携式、可喷涂、高延展性、弹性和疏水性的抗菌纤维敷料在感染性伤口愈合中的应用

引言

在全球范围内，伤口感染是患者和医疗专业人员共同关注的重大问题。有效的伤口管理在减少感染和提高患者福祉中扮演着关键角色。预计到2027年，全球伤口护理市场将超过300亿美元。不当的伤口包扎可能会显著延长愈合时间并增加感染风险，从而提高死亡率并带来更大的经济负担。本文介绍了一种新型的抗菌纤维敷料，它具有便携式、可喷涂、高延展性、弹性和疏水性等特点，为感染性伤口愈合提供了一种有效的解决方案。

背景

传统伤口敷料缺乏对皮肤的适应性，并且提供的防漏性能不足，无法提供有效的物理保护。由纳米或微米纤维组成的薄膜，由于其适宜的柔软性和出色的变形能力，适合用于伤口修复。虽然电纺技术被用来生产纤维状伤口敷料，但其复杂的程序和高电压电场的使用可能会损害生物活性分子的活性。本研究采用溶液吹纺技术生产了一种氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SEBS）嵌段共聚物与Ag或TiO2纳米颗粒的原位复合材料，用于伤口敷料。SEBS聚合物通过高速气流驱动的快速溶剂蒸发在皮肤表面形成紧密贴合的纤维膜。这种纤维膜展示了最佳的疏水性、透气性、延展性和灵活性，与人体皮肤高度匹配，确保有效的物理保护。加入Ag纳米颗粒后，纤维膜显示出对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）和大肠杆菌（E. coli）的强大抗菌效果。

结果与讨论

纤维膜的制备

与需要高压电源的电纺技术相比，溶液吹纺技术提供了类似的优点，但不需要高压电源并提供了更多的溶剂选择。本研究中，研究者使用6 wt%的SEBS-环己烷溶液，通过0.2 MPa的压力喷涂，成功制备了纤维膜。图1展示了通过溶液吹纺技术制备的微纳米纤维膜的物理图和机制图。可以看出，纤维膜在喷嘴出口附近形成了块状膜，随后形成了纤维和块状复合膜。

图1.溶液吹纺的优化条件与机理分析。

纤维膜的特性

与电纺（ES）速度范围相比，本研究中采用的溶液吹纺速度达到70-120 mL/h，比电纺速度提高了20倍以上。SEBS纤维膜的接触角超过150°，显示出显著的疏水性。此外，这些纤维膜可以通过原位喷涂轻松应用于皮肤表面，并在水下重复冲洗后仍保持超疏水性质。图2展示了三种溶液吹纺纤维膜的形态和SEM图像。

图2. a. 纯SEBS纤维膜及其SEM图像；b. 含2 wt%纳米二氧化钛P25的SEBS纤维膜及其SEM图像；c. 含1 wt%纳米银颗粒的SEBS纤维膜及其SEM图像。

纤维膜的机械性能

作为原位伤口敷料，纤维膜必须在应用于伤口表面时展现出柔韧性和粘附性，使其能够适应皮肤变形而不在拉伸和恢复过程中造成损伤或皱褶。SEBS作为一种热塑性弹性体，展现出高弹性和优异的机械性能。图3展示了纤维膜在500%拉伸时的应力-应变曲线和恒定伸长应力。

图3. 为三种溶液纺丝纤维膜的机械特性分析。

纤维膜的抗菌性能

有效的抗菌性能对于促进伤口愈合的敷料至关重要。SEBS基纤维膜对MRSA和E. coli的抗菌活性如图4所示。SEBS纤维膜对MRSA的抑制比率为(33.5 ± 6.8)%，对E. coli的抑制比率为(11.6 ± 6.1)%，反映了纤维膜的固有抗菌性能。此外，加入P25后，对两种细菌的抑制比率略有提高。值得注意的是，SEBS-Ag纤维膜展现出卓越的抗菌效果，对MRSA的抑制比率为(89.3 ± 5.3)%，对E. coli的抑制比率为(82.7 ± 11.3)%。这些增强效果归因于从Ag纳米颗粒释放的Ag+离子，有效破坏细菌细胞壁，导致细菌内容物泄漏。

图4. a. 对MRSA的抗菌比率；b. 对E. coli的抗菌比率；c. 与L929成纤维细胞的生物相容性评估；d. 与纤维膜共培养24小时的细胞的活/死染色图像。

纤维膜的体内MRSA感染伤口愈合评估

鉴于其强大的抗菌性能和生物相容性，SEBS-Ag被选为处理MRSA感染的全层皮肤缺损的敷料材料。此外，不含Ag纳米颗粒的SEBS作为对照，商业Tegaderm™薄膜作为另一个对照。通过在小鼠背部创建圆形伤口并随后感染MRSA来建立感染模型。在指定间隔监测组织再生以评估修复效果。

图5. 为体内 MRSA 感染伤口愈合评估。

结论

总之，研究者采用医用级热塑性弹性体SEBS和Ag纳米颗粒制造了用于治疗感染性伤口的原位抗菌伤口敷料。在制造过程中，聚合物溶液滴在空气喷涂时迅速蒸发，导致浓度增加。随后，这些浓缩滴在高压气流的作用下被拉伸成纤维。这种方法的制备速度比电纺丝技术

快20倍以上。所得纤维膜展现出优异的疏水性、柔韧性、屏蔽能力、透气性和过滤性能。它能够很好地适应大规模皮肤变形，在弯曲运动中保持弹性，并紧密贴合皮肤，有利于术后舒适度和功能性。伤口恢复后，敷料可以轻松移除，最小化二次损伤的风险。通过抗菌活性测试和与L929成纤维细胞的兼容性测试，证实了纤维膜作为敷料的疗效。研究者进一步通过在小鼠中建立全层皮肤缺损感染模型，证实了SEBS-Ag纤维膜的最佳治疗效果。总之，研究者成功地使用简单的溶液吹纺技术开发了纤维膜敷料，为设计和生产适用于治疗感染性伤口的基于纤维的伤口敷料提供了一种新的方法。

论文链接：

https://link.springer.com/article/10.1007/s42765-024-00500-x。