多孔蚕茧层薄膜自组装纳米金超抗菌敷料的可控制备及其抗菌机理研究

Bombyx mori cocoon materials are used because of the protective function of the silkworm cocoon resembles the manner in which the skin protects the human body. In this project, a porous, transparent and soft silkworm cocoon wound film (SCWF) dressings are prepared by immersion in a CaCl2-ethanol-H2O solution through regulating treatment time and temperature. To improve the anti-bacterial performance of SCWF, we have incorporated the ability of silk sericin to act as a reducing agent for the conversion of Au ion to AuNPs, in situ assembly of AuNPs on porous SCWF, Methimazole (2-mercapto-1-methylimidazole, MMT) then can self-assemble with AuNPs, a novel and super-antibiotic activity SCWF-Au@MMT is prepared. We use chemical and physical research methods to characterized AuNPs size, morphology, chemical bonds combination, the internal structure, etc, to reveal AuNPs formation mechanism in high-molecular polymer. We research the physical and chemical properties of SCWF-Au@MMT, such as chemical constitution, mechanical properties and microstructure, to reveal the AuNPs reductive mechanism; we study protein binding fastness between Au@MMT and SCWF to clarify the bonding form. We adopt antibacterial experiment and orthogonal experimental design to study the effect of the concentration of AuNPs and MMT on the anti-bacterial performance. Furthermore, we evaluate that SCWF-Au@MMT accelerate the healing rate of wounds in vivo experiments, to clarify the mechanism of wound repair. To sum up, this project provides a new approach that high value-added utilization of the new materials in wound dressing.

精妙的天然蚕茧茧层复合结构对蚕蛹的保护作用与结构同样完美的皮肤对机体的保护作用具有异曲同工之妙。本项目拟利用CaCl2-C2H5OH-H2O三元溶液处理家蚕茧层，通过控制处理温度和时间等因素，使其变成多孔，透明、柔软的茧层薄膜（SCWF）。利用薄膜上的半溶解状态的丝胶原位还原并负载纳米金（AuNPs），将含有巯基的甲巯基咪唑（MMT）与AuNPs进行自组装，在静电引力下均匀吸附在茧层薄膜材料上，赋予其高效而稳定的抗菌能力，开发出一种多孔薄膜状的超抗菌敷料（SCWF-Au@MMT）。本研究重点研究蚕茧茧层薄膜原位还原AuNPs，的还原机理；AuNPs对MMT自组装的调控条件；SCWF-Au@MMT抗菌机理。通过构建体外活体全层皮型缺损动物实验模型，结合免疫组化染色切片分析，评估SCWF-Au@MMT对感染伤口的修复能力，阐明其伤口修复机理。本研究为蚕丝材料的高附加值利用，提供一种新的途径。

蚕丝生物材料因其功能的多样性，在生物医学工程领域备受关注，蚕丝具有柔韧的力学性能和优良的生物相容性。本研究受到蚕茧壳对蚕蛹的保护作用的启发，与人体的皮肤对身体的保护作用具有异曲同工之妙，将蚕茧壳作为伤口敷料的基质，促进创面的愈合，因此提出了一种保持其原有天然结构的新颖制备方法。通过三元溶液（CaCl2-C2H5OH-H2O）对蚕茧壳（SCS）处理之后，可将原来致密的2D 蚕茧壳结构升级为透明的3D多孔薄膜结构（SCWF），然后通过原位还原负载金纳米粒子以及自组装甲巯咪唑（MMT）的方式，得到一种新型复合抗菌敷料（SCWF-Au@MMT）。该抗菌敷料对四种耐药细菌均表现出优异的抗菌性能。动物实验表明该抗菌敷料具有促进感染性伤口创面愈合的作用，优于市面上的Mepitel®软硅编织敷料。本研究摒弃传统缫丝、溶解、渗透提纯等复杂而漫长的生物材料制备过程，并且该材料不使用任何抗生素，解决了抗生素滥用的问题，对蚕茧的高附加值利用提供了新的参考和借鉴，在创伤愈合方面更是新的尝试，具有潜在的应用价值。