皮肤是身体最大、最重要的器官之一，是我们身体的第一道屏障。在日常生活中，由于各种外在的、器质性的原因，人们难免会受到伤害，从而形成各种创伤。细菌感染和伤口渗液过多是影响伤口愈合的主要因素，选择理想的敷料对伤口愈合至关重要。然而，目前研究的伤口敷料功能比较单一，不能满足人们的需求，因此制备多功能促进伤口愈合的敷料仍然是当前研究的挑战。

近日，天津工业大学楼静文教授、李婷婷副教授、彭浩凯博士基于静电纺丝和静电喷涂技术，通过亲水层聚丙烯腈@聚多巴胺（PAN@PDA）、疏水层聚己内酯@姜黄素/丝素蛋白（PCL@CUR/SF）和载药层胺化介孔二氧化硅-壳聚糖/姜黄素（MSN-NH2-CS/CUR）的组合制备了多功能Janus复合膜，利用层间润湿性的差异，排出多余的伤口渗出液。复合膜在551小时的体外累积释放率为7.67%。120分钟时抗氧化活性为79.01%。复合膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌性能分别约为98%和99%，表明复合膜具有优异的药物阻滞性和抗菌抗氧化性能。当暴露于pH 6、7.2、8和9缓冲液中时,复合膜的颜色缓慢地从黄色变为橙红色,表明该复合膜可以作为伤口愈合过程中的pH指示剂。MTT和细胞粘附实验表明复合膜具有良好的细胞相容性，有利于细胞粘附和增殖。这种多功能Janus复合膜将有助于伤口管理和治疗。相关成果以“Chitosan-based antibacterial microspheres loaded multifunctional Janus composite membranes with unidirectional biofluid transport, antioxidant and pH-responsive monitoring”为题，发表在《Chemical Engineering Journal》(期刊号：Chemical Engineering Journal 472 (2023) 144820 IF=15.1)上。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.144820

如图1所示，将PAN溶解在N,N二甲基甲酰胺中制备10%的PAN溶液，采用静电纺丝法制备PAN纳米纤维膜。为了提高亲水性，将PAN纳米纤维膜浸入pH8.5的聚多巴胺（PDA）溶液中24小时来制备PAN纳米纤维膜。然后将PCL和CUR添加到二氯甲烷中（PCL/CUR=2:1）使溶液浓度为12%，然后以0.4mL/h和1.2mL/h的挤出速率静电纺丝20%SF和12%PCL/CUR以覆盖PAN纳米纤维膜，并调节疏水层厚度，实现双层纳米纤维膜的Janus结构。根据MSN-NH2-CS/CUR封装的CUR最大量，将CUR添加到含有0.1gMSN-NH2-CS的溶液中，然后将MSN-NH2-CS/CUR喷涂在双层复合纳米纤维膜上，并调整微球喷射时间以达到Janus复合膜的最佳单向液体输送能力。

如图2所示，由图2(a-b)可知，所制备的MSN尺寸均匀，呈规则球形，平均直径为138.2nm。胺化后，如图2(d-e)所示，制备的MSN-NH2尺寸仍然均匀，呈正球形，经测定胺化后MSN-NH2的平均直径变大，为158.8nm。图2（g）为MSN-NH2-CS微球在10%MSN-NH2浓度下的TEM图像，显示CS包裹了MSN-NH2。当MSN-NH2浓度为5%和15%时，CS没有包裹MSN-NH2。图2(j)显示了MSN-NH2的元素N分析结果，表明MSN-NH2含有元素N，证实了MSN-NH2的成功合成。图2(h-i)分别显示了MSN-NH2的N2吸附-脱附曲线和孔径分布。通过XPS分析MSN-NH2的表面化学，显示MSN-NH2中存在C以及O、N和Si元素，并且还显示NH4+峰和在N1s中出现-NH2峰（401eV，399.3eV），表明-NH2基团的存在，这再次证明MSN-NH2合成成功。MSN-NH2-CS/CUR、MSN-NH2、MSN-NH2-CS的FTIR光谱如图2(l)所示。1025cm-1处的明显谱带表示Si-O-Si伸缩振动，表明MSN-NH2-CS/CUR、MSN-NH2、MSN-NH2-CS的存在。

如图3所示，图3(a)显示了疏水层PCL@CUR/SF在20分钟旋转时间下的MMT分析，图3(b)为三层Janus复合纳米纤维膜静电喷涂5min MSN-NH2-CS/CUR负载微球后的MMT结果，从中可以看出，图3的累积单向转移指数图3(a)和图3(b)分别为724%和577%，具有良好的单向导水率。图3(c)显示了PAN、PAN@PDA、PAN@PDA/PCL@CUR/SF、复合膜的FTIR光谱。结果表明，经PDA浸渍后的PAN纳米纤维膜、PCL@CUR/SF纳米纤维膜与MSN-NH2-CS微球成功复合在一起。即亲水层、疏水层和载药层成功结合在一起，形成Janus结构的多功能载药敷料。图3(d)显示了纯PCL纳米纤维膜、疏水层PCL@CUR/SF纳米纤维膜、双层PAN@PDA/PCL@CUR/SF纳米纤维膜以及亲水层复合后的复合三层纳米纤维膜的UV-vis吸收光谱。由于CUR在420nm处有强吸收峰，PCL/CUR纳米纤维膜、PAN@PDA/PCL@CUR/SF纳米纤维膜和复合纳米纤维膜在420nm处也有强吸收峰，表明成功负载CUR。

如图4所示，图4（a）和图4（b）分别显示了不同pH条件下PBS溶液中复合膜的颜色以及不同pH条件下复合膜的LAB值（插图为不同pH条件下复合膜的颜色）。可以看出，在pH6、7.2、8、9时，复合膜的颜色和LAB值有显著差异。表明复合膜可以作为伤口愈合过程中的pH指示剂，并且这些颜色的变化和LAB值归因于复合膜中CUR在不同PH下的可逆结构转变。MSN-NH2-CS的包封率和载药率分别为99.48%和89.47%，表明MSN-NH2-CS具有较高的包封率和载药量，这主要是由于MSN表面氨基的接枝以及微球的介孔结构可以提高包封率和载药量。图4(c)和(d)为体外释放图，显示MSN-CS/CUR、MSN-NH2-CS/CUR、PAN@PDA/PCL@CUR/SF和复合膜在551h的释放情况分别为6.39%、5.36%、6.42%和7.67%。12h后，从图4（d）可以看出，PAN@PDA/PCL@CUR/SF比复合膜具有更高的累积释放量，表明静电喷涂MSN-NH2-CS/CUR后，复合膜可以使药物分子保持较长时间，并具有相对持久的释放。

如图5所示，使用两种典型菌株（革兰氏阴性大肠杆菌和革兰氏阳性金黄色葡萄球菌）评估了MSN-NH2-CS/CUR载药微球和复合膜的抗菌活性。抗菌效果如图5(a-b)所示，表明MSN-NH2-CS/CUR载药微球对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑制率分别约为97%和98%，抗菌活性较好。通过将MSN-NH2-CS/CUR载药微球与PAN@PDA/PCL@CUR纳米纤维膜相结合，改进了复合膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抵抗力。复合膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌性能分别提高到约98%和99%。采用DPPH测试PAN纳米纤维膜、PAN@PDA纳米纤维膜、PAN@PDA/PCL@CUR/SF纳米纤维膜及复合膜的抗氧化活性（以DPPH清除百分比评价），结果如图5c所示。各种复合材料的抗氧化性能比较如图5d所示，可以看出，虽然这些复合材料具有一定的抗氧化性能，但其抗氧化活性仍然低于复合膜。这是因为所制备的MSN-NH2-CS载药微球具有优异的载药性能，并且通过静电纺丝和静电喷涂将姜黄素负载在疏水层和载药层上，实现了双重载药，使得复合膜具有优异的抗氧化性能。

如图6所示，显示了液滴分别从三层复合膜的正面和背面落下时的传输机制。从图6可以看出，液滴在复合膜中受到三种力：疏水力（HF）、水压（HP）和毛细管力（CF）。当液滴接触疏水面时，如图6（a）所示，受到向上的疏水力（HF）和向下的静水压力（HP），这两个力在纵向上共同作用，使液滴移动垂直方向向下; 当液滴移动到疏水和亲水界面时，除了HF和HP力之外，液滴还受到亲水层各个方向的毛细管力(CF)。横向的CF使部分水在膜表面扩散，而纵向的CF提供持续的“拉力”以保持液滴向下移动；当液滴完全进入亲水层时，CF提供的“拉”力和HP提供的“推”力相结合。当液滴完全进入亲水层后，在CF提供的“拉”力和HP提供的“推”力的共同作用下，液滴被迅速拉出。当液滴从亲水层进入时，如图6(b)所示，液滴被CF迅速向四周扩散，各个方向的毛细管力削弱了液滴向下运动的能力，使得液滴难以输送向下。

如图7所示，细胞粘附是细胞最基本的生命活动，是一个动态的过程。在生物材料上进行细胞粘附实验时，细胞粘附是指细胞粘附在生物材料上的表现，可以横向反映生物材料的生物相容性。图7(a)为PAN@PDA/PCL纳米纤维膜、PAN@PDA/PCL/SF纳米纤维膜和多功能Janus复合膜在1 h、3 h、5 h和7 h时的细胞粘附性能。从图中可以看出，细胞数量随着时间的增加而增加，说明纤维膜均具有良好的粘附性能和良好的生物相容性，有利于细胞的生长，可作为伤口敷料。为了验证SF促进细胞增殖的能力以及多功能Janus复合膜良好的生物相容性，对PAN@PDA/PCL纳米纤维膜、PAN@PDA/PCL/SF纳米纤维膜和多功能Janus复合膜进行了MTT实验。如图7(b)所示为L929细胞与不同纳米纤维膜共培养1、4、7天的存活率，结果证明样品与细胞培养一段时间后，仍然具有良好的生物相容性，能够促进细胞增殖和分化，有潜力成为生物医学敷料。