碳碳双键发生氧化反应

细菌感染和炎症反应聚集会导致伤口长期不愈，临床上针对创面的单独护理目前也并不普及，创面一旦发生严重的细菌感染，对患者而言无论是身体还是经济上都是十分沉重的负担。然而，单一方法治疗细菌感染的伤口通常不能同时达到较高的抗菌能力和伤口愈合效率。基于此，暨南大学郭瑞团队设计了基于ZIF-8设计开发了一种负载有光触发一氧化氮（NO）释放纳米粒子的双交联水凝胶，该纳米粒子同时结合了光热效应，以协同治疗细菌感染的伤口（图1）。

 图1 水凝胶示意图

水凝胶表征

oDex能与GelMA形成动态席夫碱键，这种具有碳碳双键和席夫碱双重交联的水凝胶网络显著提高了水凝胶的储能模量。流变学结果显示，三种水凝胶的线性粘弹区区域均大于光交联之前，说明光交联后的水凝胶的稳定性得到了进一步提升。并且含有oDex的水凝胶线性粘弹区范围大于不含oDex的水凝胶，这也是GelMA/oDex之间双重交联引起的。 

图2 水凝胶的表征

纳米粒子

TEM显示ZIF-8显示出典型的菱形十二面体的形状，而在PDA修饰后，纳米粒子的形貌由菱形十二面体变为不规则球形，这是PDA在ZIF-8表面形成涂层的结果。然而负载BNN6后的BNN6@ZIF-8@PDA纳米粒子具有比ZIF-8@PDA更不规则的形貌和更小的粒径，这可能是由于BNN6吸附在ZIF-8骨架上，对ZIF-8的结晶形态造成了一定的影响，这一结果也和XRD谱图中BNN6@ZIF-8@PDA衍射峰强度降低相一致。 

图3 纳米粒子

体外光热效应

红外热图显示，周围温度分布均匀，并未出现明显的梯度，说明纳米粒子在水凝胶中均匀稳定存在。水凝胶在固化过程中能将纳米粒子固定在水凝胶网络中，使其均匀稳定分散，这种方式避免了纳米粒子悬浮液长时间静置后产生沉淀。并且水凝胶在功率为2 W/cm2的808 nm近红外光照射下，10 min后Gel/ZP和Gel/BZP水凝胶的温度均能上升至50 oC，说明了水凝胶具有杀菌潜力。 

图4 体外光热效应

体外抗菌

细菌悬液的琼脂平板培养结果显示，光热/NO协同组Gel/ZP+NIR处理的E. coli和S. aureus琼脂平板上几乎无菌落形成。利用扫描电镜对不同组处理后的细菌进行观察，结果显示，Gel/BZP+NIR水凝胶处理后的E. coli和S. aureus细菌细胞膜变得粗糙，结构不完整甚至破裂，失去正常形态，细胞壁被破裂后流出的细胞质覆盖。 

图5 体外抗菌效果

体内抗菌评价

大鼠细菌感染创面模型显示，Gel/BZP+NIR组显示出最强的伤口愈合效果，组织学染色显示Gel/BZP+NIR组的表皮结构完整，出现新生的皮脂腺等皮肤附属器官说明新生的真皮层结构完整。除此之外，胶原纤维的有序沉积，说明了水凝胶有利于皮肤组织的重塑和再生。 

图6 体内抗菌效果

炎症过程中，NO通过充当趋化剂起到促炎作用，上调转化生长因子-β1（TGF-β1）、白介素-1β（IL-1β）和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）的表达，加速免疫细胞对坏死组织的清除。此外，NO还能上调炎症因子干扰素-γ（IFN-γ）诱导的血管内皮生长因子（VEGF）的表达，在血管化过程中，诱导内皮细胞迁移、粘附和分化，加速血管生成。 

图7 免疫组化

相关成果近期在国际著名期刊Applied Materials Today（2020年影响因子10.041）以题为Nitric oxide released injectable hydrogel combined with synergistic photothermal therapy for antibacterial and accelerated wound healing的论文发表。论文的第一作者为暨南大学刘慧玲，通讯作者为郭瑞，朱平和薛巍。

论文相关链接

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352940720302298#fig0008

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