導讀：近期吉林大學工程仿生教育部重點實驗室任露泉院士團隊趙傑課題組，製備了一種僅利用單一近紅外光（NIR）激發，即可實現光動力和光熱力協同抗菌效果的電紡絲納米複合膜材料。該材料具有高生物安全性，NIR可遠距離調控性，殺菌效率高等優點，在多種醫用抗感染敷料，尤其是傷口包紮材料領域具有良好的應用前景。
在傷口癒合的過程中，致病菌感染經常會導致嚴重的併發症，極大延緩傷口癒合速度。在臨床應用中，以傳統殺菌劑為主的材料包紮是治癒傷口感染的常用方法，為保證其有效性，需對傷口反覆拆合，更換藥物，此過程不僅繁瑣，也給患者帶來額外痛苦，並延緩傷口癒合速度。此外，傳統殺菌劑除了對環境造成汙染，還存在引發細菌耐藥性的風險。因此，在不拆解包紮傷口的前提下，獲得一種利用外源刺激遠程控制實現重複抗菌性能，且不引發細菌耐藥性的功能材料意義重大(Materials Science & Engineering C 103 (2019) 109797)。
吉林大學工程仿生教育部重點實驗室趙傑課題組，製備了一種可通過NIR遠程控制兼具光動力學療法（PDT）和光熱力學療法（PTT）協同抗菌性能的納米複合膜UCNPs@TiO2@GO-PVDF，簡稱為UTG-PVDF。其中負載的上轉換納米粒子（UCNPs）在NIR激發下可以發射紫外和可見光，並通過螢光共振能量轉移（FRET）激發外殼包裹的光敏劑TiO2，產生具有殺菌功能的的活性氧（ROS）；同時，光熱劑氧化石墨烯（GO）的引入不僅賦予該體系良好的PTT效果，還能作為電子受體和良導體、阻礙TiO2表面光生e--h+對重組，增加ROS的產量（圖1）。相關工作發表在ACS Applied Materials& Interfaces (ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 26581-26589)。
圖1.（A）製備UTG-PVDF納米複合膜的示意圖。（B）UTG-PVDF在近紅外光照射下的殺菌性能。
在980 nm NIR光照射下（5 min），該複合膜可以快速產生ROS，並引發光熱效應，展現出可循環使用的高效PDT和PTT協同殺菌效果。此外，該複合膜能有效抑制細菌感染，加速傷口癒合。基於該複合膜的可重複殺菌性及NIR光的遠程可控性，該複合膜可潛在應用於傷口包紮材料。利用NIR光外部控制實現多次「開-關」殺菌過程，避免反覆拆扎傷口，抗菌效果顯著同時能顯著加快傷口癒合速度。細菌實驗結果表明：與單一的PDT或PTT抗菌效果相比，協同的PDT/PTT展現出顯著增強的抗菌效果（圖2），並表現出良好的可重複性殺菌效果。
圖2.（A）附著在複合膜上的金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的掃描電子顯微鏡圖，（標尺: 2 μm，插圖標尺: 1 μm）。（B）經複合膜處理過的金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的雷射共聚焦顯微鏡圖，（標尺: 40 μm）。
此外，小鼠表皮抗感染實驗結果表明：與空白組及具有PDT或PTT單一功能的材料相比，協同PDT/PTT治療組（UTG-PVDF+NIR）展現出有效抑制傷口感染以及顯著加快傷口癒合的效果（圖3）。
圖3.（A）四組小鼠在治療過程中不同時間傷口的照片。(標尺: 2.5 mm)。（B）評價不同樣品治療後第2、4、6、10天創面變化柱狀圖。經過蘇木精-伊紅染色後，不同樣品治療後小鼠皮膚組織：（C）對照組；（D）UG-PVDF+NIR；（E）UT-PVDF+NIR；（F）UTG-PVDF+NIR。