江南大学马丕明教授课题组Mater.Sci.Eng.C: 具有抗菌消炎作用的高韧性PVA-纳米纤维素-纳米木质素医用水凝胶敷料
木质素是一种储量十分丰富且环保无毒的天然聚多酚材料，具有本征抗菌、抗氧化（消炎）作用。但由于其抗菌、抗氧化生物活性较弱，极大地限制了它的高附加值应用。
课题组前期在木质素抗氧化、抗菌等生物活性增效领域，以及多功能木质素基高分子复合材料在食品活性包装、木材胶黏剂、医用水凝胶等领域进行了较为深入的应用研究（Biomacromolecules 2021, 22, 2693；ACS Sustainable Chem. Eng. 2018, 6, 3502；Industrial Crops and Products 2016, 94, 800；Industrial Crops and Products 2015, 74, 348；Industrial Crops and Products 2015, 77, 833；Composites Communications 2021, 25, 100730；Composites Communications 2020, 22, 100497；Composites Part A: 2018, 107, 61；Carbohydrate polymers 2018, 181, 275；International Journal of Biological Macromolecules 2020, 144, 102）。在此基础上，本工作将具有抗菌消炎作用的木质素-Ag纳米颗粒与聚乙烯醇-纳米纤维素（PVA-CNC）复合，制备了高生物活性PVA复合医用水凝胶敷料。具体工作介绍如下：
首先在无催化剂前提下，利用纳米木质素自身还原作用制备了Ag离子负载的木质素-Ag纳米颗粒（LNP-Ag），通过热重分析、Zeta电位和透射电子显微镜等对方法证实Ag成功负载（负载量为8.7 wt%）（图 1）。
图1 LNP和LNP-Ag的a) 红外谱图;b) Zeta电位; c)，d) 热重分析; e)，f) TEM照片
随后，将制备的LNP-Ag与CNC、PVA通过戊二醛交联，制备了PVA复合水凝胶敷料。研究了不同纳米填料对凝胶敷料的力学性能、流变行为、微观结构以及抗氧化抗菌等生物活性的影响。结果表明，CNC和LNP-Ag均匀分散在聚乙烯醇中，凝胶敷料的孔径为0.5 ~ 2.0 μm。同时，PVA凝胶敷料具有较高韧性，可长期且反复粘附于不同基材表面不脱落（图2）。
图2 a)，b) PVA-2CNC-2LNP-Ag抗压与抗剪性能; c) 各类基材的可重复粘附性能; d)在人体皮肤表面的粘附性能; e)压缩-回弹性能; f)、g) PVA-2CNC-2LNP-Ag水凝胶的拉伸粘附测试与应力-应变曲线
所制备的含有LNP-Ag纳米颗粒的水凝胶材料表现出优异的自由基清除（消炎）和抗菌活性，同时细胞生理毒性可控。将高生物活性PVA-CNC-LNP-Ag制成敷料并用于处理小鼠表面伤口，7天后愈合程度达到90%以上，小鼠创面愈合时间比纯PVA样品明显缩短，且组织切片并未出现结痂现象（图3，图4）。
图3 a), b) 不同敷料样品小鼠伤口表面愈合情况与愈合程度; c) 不同敷料样品的细胞生理活性
图4 不同敷料样品处理7天后的小鼠组织切片图
图5 小鼠伤口创面修复机理图
该工作开发的医用水凝胶敷料制备方法简单、高效、环境友好，且敷料与伤口创面接触后表现出优异的抗菌消炎活性，从而有助于伤口表面的快速修复（图5），在生物医疗领域具有良好的应用潜力。相关成果发表于Materials Science & Engineering: C 2021, 129, 112385，由江南大学化学与材料工程学院杨伟军副教授、医学院徐非副教授、马丕明教授共同完成，该项工作得到国家自然科学基金（51903106）和江苏省杰出青年基金（BK20200027）等项目的支持。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.msec.2021.112385
更多信息欢迎访问课题组网站：
http://mapiming.jiangnan.edu.cn/
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