In situ электроспиннинг йодсодержащих волокнистых сетей для передовых антибактериальных перевязей

Аннотация

Демонстрируется первый ручной in-situ электроспиннинг йодсодержащих растворов поли(винилпирролидона) (PVP) и поли(винилбутирала) (PVB), производящий волокнистые сети, сочетающие высокую пористость, отличную газо проницаемость и мощную антибактериальную активность. Развеивающая электронная микроскопия (SEM) подтверждает гладкие, равномерные волокна, диаметр которых уменьшается с увеличением содержания йода. Энергодисперсная спектроскопия (EDS) и Фурье-преобразование ИК-спектроскопия (FTIR) верифицируют присутствие йода без изменения полимерной химии. Полученные сети демонстрируют низкие контактные углы (<20°) и проницаемость воздуха до 324 мм/с, превосходя обычные раневые перевязи. Антибактериальные тесты против E. coli и S. aureus показывают четкиезоны ингибирования, с наивысшей активностью в 5% йод-содержащем PVP. Важно, что ручное устройство позволяет прямое нанесение на неправильные раневые поверхности, предлагая гибкое, пациенто-ориентированное решение для перевязей.

Введение

Электроспинненные нановолокнистые мембраны являются золотым стандартом ухода за ранами, потому что их наноархитектура имитирует внеклеточную матрицу, способствуя гемостазу, газообмену и заживлению без рубцов. PVP и PVB ценятся за биосовместимость, растворимость и низкую токсичность, делая их идеальными субстратами для раневых перевязей. Йод и его комплекс с PVP (PVPI) давно используются как широкоспектральный антисептик. Традиционные перевязи на базе PVPI требуют предварительно фabрикованных сетей, которые могут потребовать обрезки или повторного нанесения, потенциально вызывая дополнительную травму. In-situ электроспиннинг устраняет этот шаг, нанося перевязь непосредственно на рану.

Материалы и методы

• Полимеры: PVP (250 кДа, 13 вес.% в этаноле) и PVB (100 кДа, 10 вес.% в этиловом спирте).
• Загрузка йода: 1%, 2% и 5% (вес.%) йода или PVPI растворяли в полимерных растворах. Растворы перемешивали ≥24 ч перед использованием.
• Устройство: Ручной электроспиннинговый блок (HHE-1) с фиксированным 10 кВ, диаметром сопла 0,1 мм, расстоянием до коллектора 8 см.
• Характеризация: SEM (Phenom ProX, 10 кВ) после золочения; EDS для элементного картирования; FTIR (Thermo Nicolet iN10); контактный угол каплей 2 мкл моделируемой телесной жидкости (SBF); проницаемость воздуха (Textest FX3300, 200 Па); размер пор (PSM 165); антибактериальныезоны против E. coli (ATCC 10536) и S. aureus (ATCC 25923).

Результаты и обсуждение

Морфология волокон

SEM-изображения раскрывают гладкие, бездефектные волокна. Йод-содержащие PVP волокна показывают прогрессивное уменьшение среднего диаметра от 1,2 мкм (0%) до 0,6 мкм (5%), что атрибутируется повышению проводимости раствора. Напротив, PVPI-содержащие PVP и PVB волокна демонстрируют незначительное увеличение диаметра с ростом PVPI из-за повышенной вязкости.

Элементный и спектроскопический подтверждение

EDS спектры для 5% йод/PVPI образцов показывают четкие йодовые пики на доминирующем фоне C и O, подтверждая успешную инкорпорацию. FTIR спектры отображают характерные полосы PVP/PVB (например, растяжение C=O ~1720 см⁻¹) с незначительными сдвигами, указывающими, что йод или PVPI не разрушают полимерную цепь.

Смачиваемость

Все сети высоко гидрофильны; контактные углы падают ниже 20° с увеличением йод/PVPI содержания. PVB сети, обычно гидрофобные, становятся почти полностью смачиваемыми при PVPI >2%, благодаря гидрофильному йодному комплексу.

Проницаемость воздуха и поровая структура

Проницаемость воздуха растет от 59,9 мм/с (чистый PVP) до 324,3 мм/с (5% йод-PVP). PVPI-содержащие образцы поддерживают значения выше 200 мм/с. Размеры пор варьируют от 1,9 до 9,1 мкм, соответствуя размерам клеток кожи и поддерживая оптимальный газообмен. По сравнению с коммерческими перевязями, электроспинненные сети демонстрируют в 2–4 раза более высокую проницаемость.

Антибактериальная активность

Четкиезоны ингибирования появляются только в йод/PVPI-содержащих сетях. Образец 5% йод-PVP показывает наибольшиезоны (~25 мм) против обоих E. coli и S. aureus, превосходя PVPI-PVP и PVB/PVPI. Этот тренд подчеркирует дозозависимую антибактериальную эффективность включенных йодных форм.

In-situ нанесение

Используя HHE-1, сети можно наносить непосредственно на модель раны руки, формируя конформирующую тонкую пленку, которая адгерирует за счет электростатического притяжения. Сеть остается гибкой, может быть мягко снята и повторно нанесена без дополнительного оборудования.

Заключение

Ручная in-situ электроспиннинговая платформа производит йод-загруженные PVP/PVB сети, сочетающие структурную точность, превосходную дышащую способность и надежное антибактериальное действие. Подход устраняет необходимость в предварительно изготовленных перевязях и предлагает настраиваемое, минимально инвазивное решение для ухода за ранами.