这是用户在 2025-7-3 9:46 为 https://app.immersivetranslate.com/pdf-pro/a4902a6b-5dc5-493d-af0b-56862683faca/ 保存的双语快照页面，由 沉浸式翻译 提供双语支持。了解如何保存？

  品

基于木薯蚕丝壳聚糖的伤口敷料

陈 1 1 ^(1){ }^{\mathbf{1}} 玉梅 ， 林海涛 1 , ∗ 1 , ∗ ^(1,**){ }^{\mathbf{1}, \boldsymbol{*}} ， 岳欣霞 1 1 ^(1){ }^{\mathbf{1}} ， 赖恩平 1 1 ^(1){ }^{\mathbf{1}} ， 黄 1 1 ^(1){ }^{\mathbf{1}} 继伟 和 赵子玉 2 , ∗ 2 , ∗ ^(2,**){ }^{\mathbf{2}, \boldsymbol{*}} 1 广西科技大学生物与化学工程学院， 广西绿色加工糖资源重点实验室， 广西柳州 545006;644712639@163.com （Y.C.）;xinxiayue@126.com （X.Y.）;nemodhu@163.com （EL）;huangjiwei@gxust.edu.cn （J.H.）2 江南大学针织技术教育部工程研究中心，无锡214122* 通信方式：lhthost@163.com （H.L.）;zzy597827389@163.com （Z.Z.）

引自：Chen， Y.;林 H.;岳 X.;赖 E.;黄 J.;Zhao， Z. 基于木薯丝壳聚糖的伤口敷料。材料 2024， 17， 2986。
https://doi.org/10.3390/ma17122986
  学术编辑：Hanna
  Dams-Kozłowska （大坝-科兹沃夫斯卡）
收稿日期： 2024-03-13
修订日期：2024 年 5 月 28 日
录用日期： 2024-06-04
出版日期：2024 年 6 月 18 日
版权所有：©作者 2024 年。被许可人 MDPI，瑞士巴塞尔。本文是根据知识共享署名 （CC BY） 许可证 （https:// creativecommons.org/licenses/by/ 4.0/） 的条款和条件分发的开放获取文章。

  抽象

具有抗菌和载药功能的复合海绵在医用组织工程领域的应用前景广阔。以 Ca ( NO 3 ) 2 Ca NO 3 2 Ca(NO_(3))_(2)\mathrm{Ca}\left(\mathrm{NO}_{3}\right)_{2} 木薯丝素蛋白 （CSF） 溶液为溶剂，然后将其与壳聚糖 （CS） 结合，通过冷冻干燥制成海绵多孔材料。通过氢键成功制备了具有网状结构的 CSF-CS 复合海绵。采用扫描电子显微镜 （SEM）、傅里叶变换红外吸收 （FTIR） 和 X 射线衍射 （XRD） 研究木薯丝素蛋白材料的外观和结构，特别是研究不同质量百分比的 CS 对海绵结构的影响。分析了 CSF-CS 海绵的溶胀速率和机械性能，以及其抗菌性能。此外，通过将布洛芬作为模型药物掺入这些负载的海绵中，证明了它们作为高效药物递送系统的潜在功效。结果表明，CSF-CS 海绵具有三维 70 % 70 % 70%70 \% 多孔结构，孔隙率过大，膨胀率超过 400 % 400 % 400%400 \% ，同时表现出良好的抗压性。此外，它表现出优异的载药能力，对大肠杆菌产生显著的抑菌作用。总体而言，这些发现支持将 CSF-CS 复合海绵视为用于药物输送系统或伤口敷料的可行候选者。

关键词：木薯丝;脱乙酰壳多糖;海绵;抗菌;药

  1. 引言

伤口愈合的炎症期极易受到细菌感染，这可能导致危及生命的并发症。因此，适当的敷料对于有效的伤口护理至关重要。如今，功能性敷料已成为临床医学的研究热点 [1]。近年来，海绵在组织工程和生物医学领域的应用得到了广泛的研究，如伤口敷料、药物释放控制和体内植入 [2]。海绵由高度亲水性和生物相容性的天然聚合物组成，包含二元或三元大分子网络结构[3-6]。
功能伤口海绵需要与细胞外基质相似，并被生物系统良好接受。由于其独特的生物活性，天然聚合物因其作为伤口敷料材料的潜在应用而受到越来越多的关注 [7]。例如，S. Alven.等人制备了一种基于明胶、聚乙二醇和银的海绵，该海绵具有良好的抗菌性能，可以长时间、持续地释放负载的药物 [8]。Y. 梁.等人制备了一种基于壳聚糖接枝的二氢咖啡酸和氧化普鲁兰多糖的水凝胶，该水凝胶具有较快的凝胶化时间、优异的抗菌性能、药物携带特性和局部药物递送的潜力。然而，它的制备过程复杂且耗时 [9]。
J. 莱平尼米。等人描述了一种基于纳米纤维素和藻酸盐的水凝胶，用于 NHS 和 EDC 交联进行 3D 打印。这种水凝胶表现出很好的压缩应力和细胞相容性。然而，在制备过程中添加交联剂会增加成本并阻碍大规模生产 [10]。
木薯丝的一级结构主要由大约 100 个交替重复的富含聚丙氨酸、Ala 和 Gly 的结构域组成 [11,12]。富含甘氨酸的基因序列基本上处于无规则卷曲状态，为丝纤维提供弹性，而结晶区域形成 β β beta\beta -片状构象[13,14]。木薯丝中 （-Ala-）n 的规则多肽序列可以进一步提高木薯丝基生物材料的弹性模量和断裂强度 [15]。木薯丝素蛋白 （CSF） 是一种从木薯丝中提取的天然蛋白质聚合物，具有优异的生物相容性、机械性能和缓慢的降解速率。因此，CSF 可以很容易地加工成薄膜 [12\u201216]、海绵 [17]、微粒 [18]、纳米纤维 [19] 和支架 [20]。此外，既往研究表明，CSF 还含有 Arge-Gly-Asp acid （RGD） 三肽，可促进伤口快速愈合 [21-24]。木薯蚕也是唯一可以完全驯化的野生蚕。基于其优点，CSF 是一种有效的伤口敷料材料。
壳聚糖 （CS） 是一种阳离子多糖材料，其特征是存在氨基，具有止血抗菌特性 [25]。它具有良好的抗菌、生物相容性和可生物降解性[26\u201227]，并且在加速伤口愈合和止血方面具有良好的效果，使其成为新一代医用敷料的理想材料[28\u201229]。此外，研究表明，CS 可以通过促进中性粒细胞迁移、加速伤口愈合和预防伤口感染来诱导成纤维细胞增殖 [9,30-32]。然而，CS 海绵的机械性能较差，适用性有限。为了提高其性能，它们经常与其他聚合物混合或补充其他化学部分。它具有极好的药物释放率，但其制备复杂且耗时。为了解决这些缺点，需要开发可持续且具有成本效益的技术。
在这项研究中，我们旨在设计一种具有抗菌性和可降解性的多功能海绵，作为局部药物载体。海绵的制备时间短，不需要交联剂。通过在 CSF 中加入不同质量分数的 CS 来制备海绵。评价了海绵的内部结构、表面孔隙率、热性能、溶胀速率、力学性能和酶降解性能。以抗炎药布洛芬 （IBU） 为模型药物，在模拟体外环境中进行药物释放实验。体外测试了对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌作用。海绵的内在特性和生物学发现为其在生物医学应用和药物输送载体系统方面的潜在应用开辟了道路。

2. 材料和方法

  2.1. 材料

木薯丝（广西丝绸中心）、壳聚糖（ Mn = 100 , 000 − 300 , 000 Mn = 100 , 000 − 300 , 000 Mn=100,000-300,000\mathrm{Mn}=100,000-300,000 Da、Macklin、中国上海）、四水合硝酸钙 ( 4 H 2 O ⋅ Ca ( NO 3 ) 2 , > 98 % ) 4 H 2 O ⋅ Ca NO 3 2 , > 98 % (4H_(2)O*Ca(NO_(3))_(2), > 98%)\left(4 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \cdot \mathrm{Ca}\left(\mathrm{NO}_{3}\right)_{2},>98 \%\right) 、链霉亲和素 E（Macklin，中国上海）、金黄色葡萄球菌（金黄色葡萄球菌）、大肠杆菌（大肠杆菌）、 NaHCO 3 ( > 98 % ) , KCl ( > 98 % ) , NaCl ( > 98 % ) , Na 2 HPO 3 ( > 98 % ) , K 2 HPO 3 ( > 98 % ) NaHCO 3 ( > 98 % ) , KCl ( > 98 % ) , NaCl ( > 98 % ) , Na 2 HPO 3 ( > 98 % ) , K 2 HPO 3 ( > 98 % ) NaHCO_(3)( > 98%),KCl( > 98%),NaCl( > 98%),Na_(2)HPO_(3)( > 98%),K_(2)HPO_(3)( > 98%)\mathrm{NaHCO}_{3}(>98 \%), \mathrm{KCl}(>98 \%), \mathrm{NaCl}(>98 \%), \mathrm{Na}_{2} \mathrm{HPO}_{3}(>98 \%), \mathrm{K}_{2} \mathrm{HPO}_{3}(>98 \%) （均来自中国上海的 Macklin）。

  2.2. 方法

  2.2.1. CS 解决方案

将 3 g CS 溶于 100 mL 3 wt % 3 wt % 3wt%3 \mathrm{wt} \% 乙酸溶液中。搅拌溶液直至完全溶解，然后消泡。最后，将溶液储存在 的冰箱中 4 ∘ C 4 ∘ C 4^(@)C4^{\circ} \mathrm{C} 。

2.2.2. 木薯蚕丝解决方案

将木薯丝素蛋白在 0.5 wt % Na 2 CO 3 0.5 wt % Na 2 CO 3 0.5wt%Na_(2)CO_(3)0.5 \mathrm{wt} \% \mathrm{Na}_{2} \mathrm{CO}_{3} 溶液中煮沸 3 次，用水彻底冲洗以去除丝胶，然后在室温下风干。用质量浓度 10 % 10 % 10%10 \% 的 4 H 2 O ⋅ Ca ( NO 3 ) 2 4 H 2 O ⋅ Ca NO 3 2 4H_(2)O*Ca(NO_(3))_(2)4 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \cdot \mathrm{Ca}\left(\mathrm{NO}_{3}\right)_{2} 溶液溶解丝素蛋白，加热 110 ∘ C 110 ∘ C 110^(@)C110^{\circ} \mathrm{C} 3 小时 [15]。
使用透析盒（Pierce Snake Skin MWCO 8000-12000，JielePu，芝加哥，伊利诺伊州，美国）用去离子水 （ pH = 8 pH = 8 pH=8\mathrm{pH}=8 ） 透析素蛋白溶液至少 2 天。将含有 CSF 溶液的透析盒放入聚乙二醇 （PEG） 中浓缩 12 小时，并储存 4 ∘ C 4 ∘ C 4^(@)C4^{\circ} \mathrm{C} 保存。

2.2.3. CSF-CS 海绵制备

将质量分数为 of 的 3 % 3 % 3%3 \% 木薯丝溶液和 CS 溶液以不同的质量百分比充分混合。通过磁力搅拌将溶液充分混合，然后以每孔 2 mL 的浓度转移至 24 孔板中。预冻 − 20 ∘ C − 20 ∘ C -20^(@)C-20^{\circ} \mathrm{C} 8 h 后，将板置于 − 60 ∘ C − 60 ∘ C -60^(@)C-60^{\circ} \mathrm{C} 冰箱中继续冷冻 12 h，然后真空冻干 48 h，得到普通海绵。冷冻干燥后，收集海绵并密封并放入冰箱 4 ∘ C 4 ∘ C 4^(@)C4^{\circ} \mathrm{C} 储存。实验过程的草图如图 1 所示。
图 1.CSF-CS 海绵制备的实验过程草图。

2.3. 物理性质表征

2.3.1. 傅里叶变换红外光谱 （FTIR）

使用 Nicolet S10 FTIR 光谱仪（Thermo Scientific Instruments，Waltham，MA，USA）记录不同 650 cm − 1 650 cm − 1 650cm^(-1)650 \mathrm{~cm}^{-1} 4000 cm − 1 4000 cm − 1 4000cm^(-1)4000 \mathrm{~cm}^{-1} 质量百分比的 CSF-CS 海绵的 FTIR 光谱。

2.3.2. X 射线衍射 （XRD）

将样品研磨成粉末，并使用 X'Pert-Pro 全自动 X 射线衍射仪（Bruker， Billerica， CA， USA）对粉末样品进行表征。用 Cu K α Cu K α CuKalpha\mathrm{Cu} \mathrm{K} \alpha 40 kV 和 40 mA 2 θ 2 θ 2theta2 \theta 角度的 5 ∘ 5 ∘ 5^(@)5^{\circ} 60 ∘ 60 ∘ 60^(@)60^{\circ} 辐射 （ λ = 1.542 λ = 1.542 lambda=1.542\lambda=1.542 ） 记录样品的衍射图。

2.3.3. 扫描电子显微镜 （SEM）

海绵通常涂有金膜，并通过 Feiner 扫描电子显微镜（Sigma300，Oberkochen，德国）分析支架的形态。使用 Image J 软件 （v. 1.54f） 对样品进行孔径分析。通过测量样品和中央部分至少 10 个随机选择的孔的最大和最小直径来获得平均孔径。

2.3.4. 热性能

通过热重分析分析 CSF-CS 复合海绵的热性能。热重分析由热分析仪进行