苏州大学潘志娟教授课题组《ACS AMI》：内部嵌合法实现废旧蚕丝资源再生成抗菌型手术缝合线

普通蚕丝手术缝合线中的蛋白质为微生物的生长和繁殖提供了营养，导致创口易产生溃脓发炎等感染症状，因此抗菌型蚕丝手术缝合线极具研究价值。迄今为止，赋予蚕丝手术缝合线抗菌功能的主要手段仅停留在表面处理。该类工艺虽然能够显著增强缝合线的抗菌性能，但仍存在一定的缺陷，例如：原位沉积抗菌颗粒法的黏附量低、黏结牢度差，抗菌剂浸渍法的抗菌效果短暂、抗菌剂剂量需求过高，药物涂覆法的配方复杂且易缓释消耗等。

2023年6月15日，苏州大学潘志娟教授课题组提出了在缝合线内部嵌合功能材料的新思路，该研究所制备的缝合线不仅可发挥高效稳定的抗菌功能，更能够有效减缓炎症、促进伤口愈合，同时还实现了废旧蚕丝资源的高值化再生利用。相关工作以“Sustainable Antibacterial Surgical Suture Based on Recycled Silk Resource by an Internal Combination of Inorganic Nanomaterials”为题发表在ACS Appl. Mater. Interfaces杂志上。

本研究提取了废旧蚕丝资源中的丝素蛋白（RRSF），并将其与无机二氧化钛（TiO2）纳米颗粒等材料相复合，制备出抗菌型再生丝素蛋白基原液，进一步结合纺丝技术及后处理工艺制备出内部嵌合抗菌材料的RRSF基手术缝合线（图1）。

在研究初始阶段，利用流变测试技术，探究TiO2纳米颗粒对RRSF基溶液黏度及黏弹性能的影响，发现微量的TiO2在原溶液中的分布较广，溶液分子与纳米颗粒表面之间的弱静电斥力起到了“润滑”作用，降低了溶液的剪切黏度，同时破坏了原溶液内部分子结构的稳定性，使溶液在相同剪切速率作用下抗变形能力降低，从而导致剪切应力降低。同时，微量的TiO2纳米颗粒产生的静电斥力会在振动过程中阻碍原溶液分子链的纠缠，导致弹性模量和损耗模量下降。当TiO2添加量达到一定时，纳米颗粒产生微聚集体,并在表面与吸附水相结合形成羟基，从而与溶液分子形成氢键，使得溶液分子链更容易相互接触并逐渐恢复缠绕。因此溶液整体的流动性受到阻碍，分子链之间的摩擦增大，此时溶液的黏度和黏弹性与TiO2含量成正比。整体而言，加入少量TiO2纳米颗粒后，纺丝溶液的稳态和动态流变行为保持稳定，且适量的TiO2有利于纳米颗粒与溶液分子之间形成结合键（图 2）。

由于TiO2具有极高的分子极性，易形成羟基，且在激发态下容易在表面产生电子-空穴对和超氧自由基，故而在凝固过程中TiO2纳米颗粒与溶液分子链易形成氢键及离子键两种结合力，导致纤维的断裂应力增加，纤维的延展性降低，柔韧性明显提高。当TiO2纳米颗粒含量达到一定程度，会发生粘附和团聚，导致结合位点显著减少，尤其是二次团聚时，纳米颗粒的高比表面积效应丧失，最终会导致纤维的断裂应力下降（图 3）。

在阳光尤其是在紫外线的照射下，即可激发TiO2纳米颗粒抗菌功能，导致细菌裂解失活，直至死亡。本研究所制备的RRSF基纤维对大肠杆菌的生长抑制作用均在80%以上，其中TiO2含量为1.25 wt %的纤维抗菌效果最优，高达97.41%。经体外细胞实验及动物体内实验检测，加工而成的手术缝合线无细胞毒性，生物相容性良好（图 4）。TiO2含量为1.25 wt %的手术缝线符合非吸收性国家手术缝线的力学性能要求，且炎症反应最低，促进伤口愈合的效果最明显。本文所制备的抗菌型手术缝合线可有效避免表面处理工艺所带来的缺陷，并发挥可持续性高效抗菌功能，本研究中的内部嵌合法为多功能缝合线的制备提供了一种新思路，同时实现了废旧蚕丝资源的高值化再生利用。

苏州大学纺织与服装工程学院师资博士后张昕为第一作者，潘志娟教授为通讯作者。

转自：“高分子科学前沿”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！