捕获和光热杀菌复合水凝胶的制备及其促进伤口愈合的研究
作者单位：西南交通大学
学位级别：硕士
导师姓名：周祚万;徐晓玲
授予年度：2023年
学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学]
摘 要：皮肤是人体最重要的防御器官，当皮肤发生组织损伤时，需要适当的敷料来实现创伤的快速闭合和愈合。水凝胶具有物理隔离和持续保湿的作用，被应用于医用伤口敷料。但在伤口愈合过程中，容易受到微生物的入侵，伤口感染会引起持续性的炎症反应，延长伤口的愈合时间。因此，如何预防或减轻伤口感染并促进伤口愈合成为水凝胶敷料目前的发展方向。光热治疗（Photothermal therapy, PTT）通过热能直接破坏细菌结构达到杀灭细菌的作用，几乎不会使细菌产生耐药性。因为其远距离高时空精度的可控性、无创性和广谱抗菌活性，可作为传统抗生素治疗的替代方案。由于PTT使用过程中不可避免的热损失，因此为达到有效的杀菌温度，通常需要高浓度的光热剂、高功率密度的激光或长期的激光暴露，这进一步增加了对人类健康的风险。为降低高温对正常组织细胞的危害，使用具有细菌靶向特性的光热剂（Photothermal agent, PTA）或将PTA与细菌靶向元素结合能高效地实现低温光热杀菌。 物理交联的光热复合水凝胶敷料使用时主要存在两个问题，一个是机械性能较差;另一个是使用时PTA释放会带来毒副作用。针对这两个问题，本论文通过向物理交联的羧甲基壳聚糖（Carboxymethyl chitosan, CMCS）水凝胶中复合纤维素纳米晶（Cellulose nanocrystals, CNCs），增加水凝胶的交联密度，改善水凝胶的机械性能。同时在 PTA 氧化石墨烯（Graphene oxide, GO）表面接枝 3-氨基苯硼酸（3-aminobenzoborate acid , ABA），改善光热复合水凝胶敷料的生物相容性，并探究其在敷料方面的应用。本文的具体工作和主要研究结果包括： （1）在酸性环境下制备物理交联的CNCs/CMCS水凝胶，使用FT-IR分析水凝胶的成胶机理。研究结果表明，水凝胶的交联主要依靠静电和氢键作用，随着CNCs添加量的增多，体系形成更多氢键，水凝胶交联密度增加，机械性能增强，添加量为7%时，水凝胶的力学性能提升2.54倍。同时，随着交联密度增加，水凝胶体系孔径减小，锁水能力先增后减，在添加量为5%时溶胀性能提升3.75倍。 （2）为改善光热剂GO使用过程中的毒性问题，通过化学接枝法将ABA接枝到GO表面，得到改性石墨烯光热剂。表征结果表明，ABA-GO通过化学键实现接枝，并在 808 nm 激光照射下具有优异的光热性能。将其通过物理混合的方法添加至水凝胶中制备ABA-GO/CNCs/CMCS 光热复合水凝胶，在 808 nm 激光照射下的温度演化曲线表明 ABA-GO 的加入赋予水凝胶优异的光热性能，在添加量为 10 μg/mL 时，9 min 内光热复合水凝胶可以从21.3℃升温至48.2℃，体外抗菌结果表明其对***和***的杀灭能力均达到99%。此外通过CCK-8法证明光热复合水凝胶安全无毒，具有良好的生物相容性。 （3）为验证光热复合水凝胶作为敷料的应用，建立了小鼠皮肤感染伤口模型。体内抗菌实验证明复合水凝胶对感染伤口处细菌的杀灭作用达到99.99%，具有优异的光热杀菌能力。此外小鼠皮肤伤口修复时间统计图表明在治疗 14 d 后，光热复合水凝胶在NIR条件下能够达到99.01%的愈合率，且Hamp;E染色、Masson染色和CD31荧光染色表明复合水凝胶能够增加肉芽组织厚度和胶原蛋白分布，促进伤口愈合。最后 14 d后小鼠主要器官的组织学切片证明复合水凝胶对小鼠正常组织没有明显损伤，材料安全无毒。它能显著加速***感染的创面愈合过程，表明其具有临床应用潜力。
同方学位论文库