ACS NANO. 用于实时视觉监测细菌感染和现场执行智能治疗策略的“测试到治疗”垫

以下文章来源于分析化学方法 ，作者科研小组

全文简介

皮肤感染是人类健康的主要威胁，每年每10 000人中会有500人感染。特别是在糖尿病患者中，皮肤感染通常伴随着缓慢的愈合过程、截肢甚至死亡。皮肤感染菌株的及时诊断和现场治疗对人类健康和安全至关重要。在此，开发了双层“测试-治疗”垫，用于对药物敏感(DS)/药物抗性(DR)细菌感染的视觉监测和选择性治疗。内层(使用角叉菜胶水凝胶作为支架)装载有细菌指示剂和酸响应药物(Fe-羧苄青霉素框架)，用于感染检测和DS细菌灭活。外层是机械发光材料(m1，CaZnOS:Mn2+)和可见光响应光催化剂(Pt@TiO2)结合的弹性聚二甲基硅氧烷(PDMS)。基于比色传感结果(黄色代表DS细菌感染，红色代表DR细菌感染)，指导并执行合适的抗菌策略。由双衬垫层提供的两种可用的杀菌途径反映了该优势。通过机械力作用下Pt@TiO2与ML结合原位生成活性氧(ROSs)实现对DR细菌的可控有效杀灭，避免了物理光源，减轻了ROSs在生物医学治疗中的脱靶副作用。作为概念验证,“测试-治疗”垫用作可穿戴伤口敷料，用于感应和选择性处理体外和体内的DS/DR细菌感染。这种多功能设计有效地减少了抗生素滥用，加速了伤口愈合，为护理点诊断和治疗提供了一种创新和有前途的创可贴策略。

简介

示意图插图。制备（a）内层水凝胶，（b）外层凝胶。（c）基于大肠杆菌（DS细菌）和MARS（DR细菌）感染的双层垫的测试治疗策略

Fe-MOF和内水凝胶层的表征。（a）Fe-MOF的SEM图像。（b）凝胶进展的示意图（插图：水凝胶的照片）。（c）Fe-MOF/BTB/Carr水凝胶的SEM图像。（d）BTB/Carr水凝胶和（e）Fe-MOF/BTB/Carr水凝胶的AFM图像。（f）C、N、O、S、Si和Fe的EDS元素映射图像。（g）BTB/Carr和Fe-MOF/BTB/Carr水凝胶的FT-IR光谱。

基于ML和PDMS的外层的形态特征。（a，b）SEM，（c）TEM，（d）HRTEM，（e）HAADF-TEM，以及（f）Pt@TiO2@CaZnOS:Mn2+ MP的EDS映射图像。SEM图像（g）横截面视图和（h）Pt@TiO2@CaZnOS:Mn2+/PDMS的顶部视图。

PDMS层上的ROSs生成机制。通过(a)手指弯曲，(b)手伸展，(c)手扭转，(d)轻微按压，和(e)绘图循环的运动驱动ML反应的照片。(f)机械力下Pt@TiO2@CaZnOS:Mn2+/PDMS和CaZnOS:Mn2+/PDMS的ML发射光谱。(g)机械力下ROSs产生的拟议机制(EF和φB分别代表费米能级和肖特基势垒的高度)。

内水凝胶层的感应性能。（a）水凝胶中与不同细菌感染相对应的颜色变化示意图。（b）用革兰氏阴性/阳性DS-细菌（大肠杆菌和金黄色葡萄球菌）和DR细菌（ESBLS-EC和MRSA）溶液孵化3小时后，Fe-MOF/BTB/Carr水凝胶对不同（c）DS和（d）DR细菌浓度的垫子进行定量分析。

双层垫的选择性杀菌性能。(a)不同水凝胶样品对大肠杆菌的杀菌活性和(b)不同PDMS样品对MRSA的杀菌活性。(c)琼脂平板照片和(d)使用Fe-MOF/BTB/卡尔水凝胶和Pt@TiO2@CaZnOS:Mn2+/PDMS对大肠杆菌和MRSA杀菌结果的荧光显微照片。细菌被DAPI(蓝色)和PI(红色)染色。比例尺:10 μm 。( e)经Fe-MOF/BTB/卡尔水凝胶处理的大肠杆菌和(f)经Pt@TiO2@CaZnOS:Mn2+/PDMS处理的MRSA的SEM图像。(g)在拟定的测试处理垫上进行选择性抗菌处理的方案。

体内伤口愈合试验。（a）体内伤口愈合实验大纲和各种感染的不同治疗方法。（B）大肠杆菌和（c）小鼠感染伤口在不同时间和不同治疗方法的照片。插图：相应传感结果的照片（第1天）。比例条：1.5厘米。插图：琼脂板上伤口组织和细菌的照片。治疗10天后，相应的H&E染色图像和（d）大肠杆菌和（e）MRSA感染伤口的细菌菌落数量。第一组：PBS，第二组：BTB/Carr水凝胶，第三组：Fe-MOF/BTB/Carr水凝胶，第四组：Pt@TiO2@CaZnOS:Mn2+ +力。刻度条：50微米。

治疗效果和生物安全评估。（a）大肠杆菌和（b）MRSA感染小鼠在不同治疗10天后的伤口愈合率。（c）大肠杆菌和（d）MRSA感染小鼠在不同治疗10天后的存活率。在接受不同治疗组10天后，感染（e）大肠杆菌和（f）MRSA的小鼠主要器官的H&E染色图像。第一组：PBS，第二组：BTB/Carr水凝胶，第三组：Fe-MOF/BTB/Carr水凝胶，第四组：Pt@TiO2@CaZnOS:Mn2+ +力。插图：主要器官的照片。刻度条：50微米。

相关成果以“A “Test-to-Treat” Pad for Real-Time Visual Monitoring of Bacterial Infection and On-Site Performing Smart Therapy Strategies”，发表在国际学术期刊“ACS NANO”上。

文献链接：点击阅读原文

https://doi.org/10.1021/acsnano.3c01158

转自：“NANO学术”微信公众号

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