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南京工业大学顾忠伟教授/何一燕副教授《ACS AMI》：镓（III）介导双交联海藻酸钠抗菌水凝胶促进感染伤口修复

时间：2022-05-12 来源：浏览：

南京工业大学顾忠伟教授/何一燕副教授《ACS AMI》：镓（III）介导双交联海藻酸钠抗菌水凝胶促进感染伤口修复

原创化学与材料科学化学与材料科学

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微信号 Chem-MSE

功能介绍聚集海内外化学化工、材料科学与工程、生物医学工程领域最新科学前沿动态，与相关机构共同合作，发布实用科研成果，结合政策、资本、商业模式、市场和需求、价值评估等诸要素，构建其科技产业化协同创新平台，服务国家管理机构、科研工作者、企业决策层。

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#海藻酸钠 1 个

#抗菌 2 个

#镓离子 1 个

#双交联 1 个

#水凝胶敷料 2 个

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全世界每年约有 1300 万人被细菌感染，细菌感染已成为全球十大死亡原因之一。尤其是在皮肤破损的情况下，细菌更容易通过伤口侵入生物体。海藻酸钠水凝胶材料具有合适的孔隙度，并且表现出优异的生物相容性、生物降解性和与细胞外基质的相似性等特点，是最受欢迎伤口护理材料之一。金属镓通过 “ 特洛伊木马 ” 的策略取代细菌必须的营养元素铁离子，干扰了细菌的 DNA 合成和各种氧化还原反应，在对抗感染方面有着巨大的前景。

近日，南京工业大学顾忠伟教授 / 何一燕副教授在《 ACS Applied Materials & Interfaces 》期刊上发表了题为 “ Gallium(III)-Mediated Dual-Cross-Linked Alginate Hydrogels with Antibacterial Properties for Promoting Infected Wound Healing ”的文章。本论文在海藻酸钠与金属离子静电结合的传统凝胶策略的基础上，镓离子被创新性地赋予了双重作用。它不仅作为交联剂形成水凝胶材料，还作为治疗剂缓释并持续治疗感染的伤口。为了解决海藻酸钠与金属离子凝胶速率过快，导致的凝胶不均质、机械稳定性差等问题，利用模具透析的制备工艺减缓凝胶速率，获得均质的水凝胶；为了解决海藻酸钠与金属离子凝胶中，因金属离子在环境中流失导致凝胶网络崩塌、凝胶易解离的问题，进一步引入光交联网络，改善水凝胶的机械性能。因此，所构建的镓离子介导的双交联海藻酸钠水凝胶具有广谱的抗菌活性和改善的机械性能，可用于促进感染伤口的修复。

图 1 . 镓（ III ）介导双交联海藻酸钠水凝胶的构建示意图及其抗菌性能

水凝胶照片显示，双交联水凝胶体积明显小于镓离子交联和光交联水凝胶，因为双交联体系中交联位点多，交联密度大。其中镓离子交联水凝胶微观形貌为紧密片层网络结构，光交联为三维网状多孔结构。双交联水凝胶微观结构是前两者微观结构的结合。同时，通过能谱的 mapping 扫描表征了镓离子分布情况，通过与 C 、 O 元素对比，可见 Ga 均匀分布在镓离子交联和双交联水凝胶中。表明利用模具透析优化制备工艺后，成功解决了海藻酸钠与金属离子成胶不均质的问题。

图 2 . （ a ）镓离子交联、光交联以及双交联水凝胶照片；（ b-f ）镓离子交联、光交联以及双交联水凝胶微观形貌；（ g ）镓离子交联、双交联水凝胶组成分析

光交联水凝胶具有三维多孔结构，溶胀率较高，由于稳定的化学交联， 7 天内的降解率较低。镓离子交联水凝胶达到溶胀平衡时，会因镓离子的流失而损失重量， 5 h 后水凝胶碎成了许多小块，同时 7 天内降解了 6 8% 。双交联水凝胶交联点为较多，因此溶胀率较低，由于光交联网络的存在， Ga 离子释放后，水凝胶仍能保持完整性，同时 7 天内降解了 24% 左右，可见光交联网络的引入，使得水凝胶的溶胀以及降解稳定性得到显著的改善。

图 3 . （ a ）水凝胶溶胀率测试；（ b-c ）溶胀平衡后镓离子交联水凝胶与双交联水凝胶的照片；（ d ）水凝胶降解率测试

材料护理伤口修复第 14 天，双交联水凝胶和镓离子水凝胶的创面闭合率分别达到 96.4% 和 93.0% ，并且在第 7 天，检测了小鼠伤口处存活细菌菌落数，结果表明含 Ga 离子的水凝胶具有对抗感染从而加速感染创面愈合的潜力。

图 4 . 镓离子交联、光交联和双交联水凝胶促进感染伤口愈合的研究。（ a-b ） 0-14 天伤口愈合的照片和定量结果；（ c ）不同材料处理组的伤口闭合率；（ d ）不同材料组处理 7 天后的细菌数量；（ e ）不同材料组处理 7 天后的存活细菌菌落。

原文链接

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c02497

作者简介

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南京工业大学顾忠伟教授： 长期从事生物医用高分子研究，着重于高分子多层次微结构调控与药物 / 基因控释等生物医学功能构筑关系与规律的研究，取得了系统性和创新性的研究成果。在 SCI 学术期刊上发表论文 300 余篇，已授权中国发明专利 40 余项，获教育部自然科学奖一等奖。出版编 / 译著 14 部。连续三次担任国家 973 计划生物材料首席科学家，获 IUSBSE 终身荣誉称号 “ 生物材料科学与工程 Fellow” 、英国皇家工程院杰出访问会士奖（ Distinguished Visiting Fellowship Award ）。

南京工业大学何一燕副教授： 主要从事生物智能纳米生物材料和水凝胶材料的基础研究与应用开发工作。以第一 / 通讯作者在 Advanced Materials 、 Biomaterials 、 Applied Materials Today 、 Advanced Healthcare Materials 、 Carbohydrate Polymers 和 ACS Applied Materials & Interfaces 等专业期刊上发表论文 20 余篇，授权美国发明专利 1 件、欧洲发明专利 1 件、中国发明专利 6 件。主持国家自然科学基金面上项目、青年基金、国家重点研发计划项目子课题、教育部产学合作协同育人项目、中国博士后科学基金面上一等资助等项目。

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