原位合成纳米银/聚天冬酰肼纳米纤维水凝胶敷料显著促进全皮层缺损伤口愈合

皮肤创面尤其是慢性创面的愈合过程中，通常伴随着细菌感染，严重阻碍了创面的愈合过程。因此，迫切需要开发兼具抗菌性和促愈合功能的新型敷料。

近日，嘉兴大学张彩丹博士与德州学院张赛副教授、青岛大学吴韶华教授合作，在期刊《Materials and Design》上发表了最新研究成果“Electrospun polyasparthydrazide nanofibrous hydrogel loading with in-situ synthesized silver nanoparticles for full-thickness skin wound healing application”。嘉兴大学材料与纺织工程学院张彩丹博士为论文的第一作者，德州学院纺织服装学院张赛副教授和青岛大学纺织服装学院吴韶华教授为论文的共同通讯作者，嘉兴大学为第一署名单位。研究者通过静电纺丝技术和后处理技术原位合成纳米银(AgNPs)，设计并制备了负载AgNPs的聚天冬酰肼(PAHy)纳米纤维水凝胶敷料，所得敷料兼具纳米纤维独特的微观结构和水凝胶性能，同时对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有优异的抗菌性，并能够显著促进伤口部位的再上皮化和胶原沉积，从而加速伤口愈合过程，在感染伤口治疗领域具有巨大的应用潜力。

图1 负载AgNPs的PAHy纳米纤维水凝胶敷料贴片的制备过程及生物学性能

图2 PAHy/AgNPs纳米纤维水凝胶敷料贴片的微观形貌及其表征

图3 PAHy/AgNPs纳米纤维水凝胶敷料贴片(A)TEM图像和(B)AgNPs尺寸分布, (C)PAHy/AgNPs-1.5纳米纤维水凝胶中Ag分布

在聚琥珀酰亚胺(PSI)纺丝溶液中加入不同比例的硝酸银(AgNO3)进行静电纺丝，样品编号为PSI/AgNO₃-0、PSI/AgNO₃-0.5、PSI/AgNO₃-1.0、PSI/AgNO₃-1.5。然后将样品进行交联处理，再用水合肼对PSI开环为PAHy，同时银离子被还原为AgNPs，制备得到纳米纤维水凝胶敷料贴片，经处理后的样品编号依次为PAHy/AgNPs-0、PAHy/AgNPs-0.5、PAHy/AgNPs-1.0和PAHy/AgNPs-1.5。四种纳米纤维水凝胶敷料贴片的吸水倍率在7-14g/g之间，SEM图像显示四种PSI/AgNO₃纳米纤维表面均匀无串珠，经处理后PAHy/AgNPs纳米纤维水凝胶仍能够保持纤维形貌。TEM图像发现原位合成的AgNPs为球形，尺寸范围为10-70 nm，且随着含量的增加AgNPs尺寸有所增加。

采用震荡法和抑菌圈法对四种不同PAHy/AgNPs纳米纤维水凝胶敷料贴片的抗菌性能进行评价，以革兰氏阴性大肠杆菌和革兰氏阳性金黄色葡萄球菌为代表病原体，震荡法表明四种纳米纤维水凝胶敷料贴片均具有优异的抗菌效果（抗菌率达99.99%），抑菌圈测试法中PAHy/AgNPs-0.5抗菌性最佳，对大肠杆菌的抑菌圈直径为1.0±0.1 mm，对金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径为5.8±0.3 mm.。将人表皮成纤维细胞接种在四种敷料上，共培养一段时间后测试细胞毒性，发现PAHy/AgNPs-0、PAHy/AgNPs-0.5、PAHy/AgNPs-1.0均表现出良好的细胞相容性（细胞存活率大于96%)，PAHy/AgNPs-1.5 细胞存活率为81.4±9.4%。表明PAHy/AgNPs纳米纤维水凝胶中AgNPs的含量和尺寸大小对其抗菌性和细胞相容性有一定的影响。

图4 PAHy/AgNPs纳米纤维水凝胶敷料贴片的抗菌性

图5 体外细胞毒性

建立全皮层损伤的小鼠模型，测试了PAHy/AgNPs-0、PAHy/AgNPs-0.5、PAHy/AgNPs-1.0三种敷料贴片对创面愈合情况的影响。实际照片和量化结果表明，PAHy/AgNPs纳米纤维水凝胶敷料治疗下的创面愈合速度明显快于对照组。其中，PAHy/AgNPs-0.5组伤口修复速度最快，治疗7 d后伤口收缩率为47.6±1.5%，治疗14 d后伤口收缩率为67.4±1.3%。

图6 创面愈合情况分析

借助H&E和MT染色，可以观察到对照组的伤口部位没有发现明显的再上皮层，而是观察到大面积的伤口结痂。相比之下，PAHy/AgNPs敷料组出现明显的新表皮层。此外， PAHy/AgNPs-0.5敷料处理的伤口部位在第14天呈现出明显更多成熟的胶原沉积，表明伤口愈合质量明显提高。

图7 组织学分析

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.matdes.2024.112818

人物简介：

张彩丹 嘉兴大学材料与纺织工程学院讲师，工学博士，硕士研究生导师。2017年于中国东华大学获得博士学位，曾赴加拿大英属哥伦比亚大学交流学习一年。主要研究方向：聚天冬氨酸材料的制备和改性，纳米纤维水凝胶的制备和应用，静电纺丝功能纤维材料，医用纺织品，金属离子吸附检测等方面的研究。发表SCI论文10余篇，获得国家发明专利10项。主持浙江省青年基金1项，嘉兴市基金项目2项，参与省市课题和横向课题多项。

吴韶华 青岛大学纺织服装学院教授，工学博士，纺织工程系副主任，入选2023年“全球前2%顶尖科学家”榜单。2016年于中国东华大学获得博士学位，曾在美国康奈尔大学和美国内布拉斯加大学医学中心做过访问学者和博士后，主要从事生物医用纺织品相关领域的研究。目前已发表 SCI 研究论文 70 余篇，其中以第一或者通讯作者发表ESI高被引论文9篇，热点论文4篇，论文总引用2900余次，H指数33。已授权国内外专利15项，其中应用到企业实现成果转化的发明专利4项，单项最高转化金额为150万。