南方科技大学考研，南方科技大学考研难度
功能强大的金纳米材料
大量的研究已经表明金纳米颗粒可以有效降低皮肤、肺、肠道的感染风险。在多种表面配体的帮助下，金纳米材料表现出了高效抗菌活性和优异的生物相容性。尤其是金纳米簇这一金纳米材料，不仅抗菌性能优秀，还具有荧光特性，是一种能力强大的材料。
细菌纤维素敷料
在另一方面，细菌纤维素（BC）具有高机械强度高、透光性、超软度、水吸收性能强等特点，其多孔结构也与组织的细胞基质类似，非常适合作为敷料以加速皮肤的再生。更重要的是，高度透光的细菌纤维素薄膜能够更加方便观察敷料下伤口在愈合过程中的形貌变化。
给敷料“上个闹钟”
因此，通过金纳米簇和细菌纤维素的特点，南方科技大学的蒋兴宇等人设计了一种智能敷料，可在治疗过程中自我检测剩余纳米药物的浓度。研究将氨基苯硼酸（ABA）修饰的金纳米簇（A-GNCs）装载到细菌纤维素薄膜上形成抗菌伤口敷料，该敷料在治疗多药耐药性细菌感染伤口时可通过原位比色法实时显示剩余A-GNCs纳米药物的剩余量。A-GNCs可在紫外激发下发射明亮桔色荧光，而与此同时细菌纤维素薄膜在伤口处湿润状态下呈现透明的性质，因此BC- A-GNCs纳米复合材料会随着A-GNCs的释放显示桔色荧光强度逐渐降低的现象，从而为患者提供更换敷料的合适时间点。相关工作以“Fluorescent and Antibacterial Aminobenzeneboronic Acid (ABA)-Modified Gold Nanoclusters for Self-Monitoring Residual Dosage and Smart Wound Care”为题发表在ACS Nano。
【文章要点】
一、A-GNCs的表征
对A-GNCs的表征显示，其具有2纳米左右的平均直径且晶格结构清晰，在溶液中呈现亮黄色，而在365纳米激发下发射高强度的桔色荧光（图1）。A-GNCs具有优异的抗菌性能，SEM显示A-GNCs能够破坏细菌细胞壁造成融合，从而发挥强效的抗菌作用。
图1A-GNCs的基本表征
二、BC-A-GNCs纳米复合薄膜
细菌纤维素具有良好的机械强度和巨大的比表面积，非常适合装载A-GNCs形成敷料。实验发现，当A-GNCs溶液浓度为32 μg/mL时，几乎所有的A-GNCs都吸附在细菌纤维素薄膜上，验证了细菌纤维素的高装载容量。随着溶液浓度进一步增加，研究发现128 μg/mL的 A-GNCs溶液能够导致最大化的装载能力，因此作者选择在这个浓度制备BC-A-GNCs纳米复合材料（BGN）。对A-GNCs 在BGN里的释放行为进行研究发现，由于部分A-GNCs存在于表面，突释行为发生在最初的3天，而在5天后，A-GNCs的累计释放量可达88%，展现了缓慢持续的释放行为。经过7天的时间，剩余的A-GNCs浓度大概在12 μg/mL（而抗菌的最小抑制浓度MIC为8.75 μg/mL），表明BGN即将失去治疗能力并且应当在该段时间内被更换（图2）。
图2装载A-GNCs的细菌纤维素支架示意图
三、BC-A-GNCs纳米复合薄膜的抗菌性能
随后，作者研究了BGN的抗菌性能和生物相容性。研究发现，装载了A-GNCs的BGN薄膜能够抑制革兰氏阴性菌及其相应耐药菌株的增殖。在与革兰氏阴性菌及其相应耐药菌株接触24小时后，BGN展现出了非常明显的生长抑制区域。对细菌纤维素和BGN的血液生物相容性进行溶血分析可知，4小时的孵育不会对大鼠红细胞产生任何溶血作用，证明BGN作为敷料可进行血液接触应用。此外，将正常细胞放到BGN敷料上进行细胞活性检测也进一步证实了BGN具有高度的生物安全性。
四、抗耐药菌评估
最后，研究评价了BGN在革兰氏阴性菌感染伤口模型中的治疗作用。绿脓杆菌是慢性感染伤口中最常见的细菌，在治疗14天后，研究发现绿脓杆菌感染伤口的愈合面积比例达到了91 ± 3.1%，而耐药性绿脓杆菌感染伤口的愈合面积比例也达到了96 ± 2.5%，说明A-GNCs掺杂的细菌纤维素薄膜能够加速感染伤口的愈合。由于薄膜的透光性，作者可以在日光下直接观察伤口愈合过程并定量分析剩余的A-GNCs浓度。随着时间的推移，BGN可逐渐释放A-GNCs，相应地敷料颜色变得更加暗淡，在第七天时，BGN就基本无法观察了，这表明也BGN失去了治疗能力并且应当被替换（图6）。此外，对敷料下肉芽组织生长进行观测也能够非常准确的评价伤口愈合行为。而死的或未活化组织不仅能够阻止伤口愈合过程，也会增加感染的风险。因此，通过BGN观测伤口愈合可避免敷料的频繁、不必要更换，从而减低二次伤害风险。
图3伤口愈合评价
结论：为了可视化监测纳米药物伤口敷料，作者发展了一种新型策略，通过将纳米药物的荧光性能和支架材料的透光性相结合，可原位显示敷料中剩余药物量。在这一策略中，作者使用氨基苯硼酸改性的金纳米簇作为具有强效抗菌性能的荧光纳米药物，同时选择细菌纤维素薄膜作为透明支架材料。在伤口愈合过程中，A-GNCs的荧光强度随着释放行为的进行而逐渐降低，利用此现象可在纳米药物浓度低于最低抑菌浓度时及时更换敷料。因此，敷料状态的实时监测只需简单使用紫外光源就可以实现，而容易造成伤口破坏的敷料反复更换则可以被有效避免。
文献链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c06139
来源：高分子科学前沿
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