具有光热效应复合水凝胶的制备及抗菌性能OA

背景:作为一种类似细胞外基质的高含水量聚合物,水凝胶由于良好的生物相容性被广泛应用于各种组织修复,然而单纯水凝胶难以满足临床的复杂情况,如细菌感染、组织再生速度慢等问题,故需要开发具有生物功能的复合水凝胶。目的:开发具有高效抗菌性能的甲基丙烯酸酰化明胶/MXene/过氧化钙水凝胶,评价该水凝胶的体外光热效应和抗菌性能。方法:①分别制备甲基丙烯酸酰化明胶溶液、含300μg/mL MXene的甲基丙烯酸酰化明胶溶液、含5 mg/mL过氧化钙的甲基丙烯酸酰化明胶溶液与含300μg/mL MXene+5 mg/mL过氧化钙的甲基丙烯酸酰化明胶溶液,加入光引发剂后在365 nm波长紫外光下照射固化5 min,分别得到甲基丙烯酸酰化明胶水凝胶(记为G水凝胶)、甲基丙烯酸酰化明胶/300μg/mLMXene水凝胶(记为GX水凝胶)、甲基丙烯酸酰化明胶/过氧化钙水凝胶(记为GC水凝胶)、甲基丙烯酸酰化明胶/MXene/过氧化钙水凝胶(记为GXC水凝胶),表征4组水凝胶的表面形貌、光热性能。将GC、GXC水凝胶分别浸泡在PBS中,振动孵育后检测Ca2+释放行为。②将金黄色葡萄球菌悬液分别加入4组水凝胶中共培养,以单独培养的菌液为对照,采用近红外激光(808 nm,1.5 W/cm2)照射5 min(或者不进行近红外激光照射),通过扫描电镜观察、涂布平板法、活/死染色、5-氰基-2,3-二甲苯基四氮唑氯化物(CTC)染色与活性氧染色检测水凝胶的抗菌性能。③将4组水凝胶分别与大鼠红细胞悬液共孵育,检测溶血率。将4组水凝胶分别与成骨前体细胞MC3T3-E1(或小鼠成纤维细胞L929)共培养,CCK-8检测细胞存活率,活/死染色检测细胞活性。结果与结论:①扫描电镜下可见4组水凝胶都具有疏松的多孔结构,其中G、GX水凝胶孔隙表面较光滑,GC、GXC水凝胶孔隙表面较粗糙。经近红外激光照射后,GX、GXC水凝胶具有良好的光热性能与光热稳定性,可满足后续光热抗菌需求。GC、GXC水凝胶均能慢释放Ca2+长达20 d。②描电镜观察、涂布平板法、活死染色、CTC染色与活性氧染色检测显示,在无近红外激光照射下,GC、GXC水凝胶展现出良好的抗菌性能;经近红外激光照射后,GX、GC、GXC水凝胶展现出良好的抗菌性能,并且GX、GXC水凝胶的抗菌性能较无近红外光照射情况下显著提高。③4组水凝胶的溶血率均低于5%,具有良好的血液相容性。活/死染色与CCK-8检测显示,4组未显著影响MC3T3-E1细胞与L929细胞存活率与活性,具有良好的细胞相容性。④结果表明,甲基丙烯酸酰化明胶/MXene/过氧化钙水凝胶具有良好的抗菌性能与生物相容性。