In situ elektrospinning op jodium gebaseerde vezelachtige gazen voor antibacterieel wondverband

Resultaten en discussie

Morfologieën van elektrospunvezels

Door het HHE-1-apparaat zoals weergegeven in Fig. 1 kunnen de bereide PVP/I-, PVP/PVPI- en PVB/PVPI-oplossingen gemakkelijk tot vezels worden gesponnen. De morfologieën van de as-vezels kunnen worden gevonden in de SEM-afbeeldingen getoond in Fig. 2. Uit de SEM-afbeeldingen kan men duidelijk zien dat de electrospun-vezels gladde oppervlakken vertoonden, terwijl de diameters van de as-spun vezels verschillende distributies vertoonden omdat van de verschillende materialen en concentraties. Door SEM-afbeeldingen en de gegevens in tabel 1 volledig te combineren, wordt aangetoond dat voor PVP/I-vezels, naarmate de jodiumconcentratie toeneemt, de gemiddelde diameter van de as-spun vezels duidelijk afnam, wat mogelijk te wijten is aan de hogere geleidbaarheid van de oplossingen als jodium wordt toegevoegd [36]. Terwijl voor PVP/PVPI en PVB/PVPI de gemiddelde diameters van de as-spun vezels beide werden verhoogd met een hogere concentratie PVPI, wat het gevolg kan zijn van de toenemende viscositeit van de gemengde oplossingen [37].

SEM-beelden van de as-spun PVP/I (a1-a4), PVP/PVPI (b1-b4), PVB/PVPI (c1-c4) vezels met I- of PVPI-concentraties van 0%, 1%, 2% en 5%, respectievelijk

EDS en FTIR

Om de antibacteriële eigenschappen te bereiken en vervolgens te profiteren van de wondgenezing, speelde jodium de cruciale rol in de elektrospun vezels. Om het bestaan ​​van jodium te verifiëren, werd EDS onderzocht in het model van volledige spectrumanalyse. Zoals weergegeven in Fig. 3, kozen we de as-spun vezels met hogere concentraties I/PVPI, bijvoorbeeld 5%, en de afbeeldingen toonden aan dat in elk soort electrospun vezels, behalve de voornamelijk koolstof (Fig. 3 ( a1), (b1) en (c1)) en zuurstof (Fig. 3 (a2), (b2) en (c2)) elementen in de polymeren, extra jodium element werd ook waargenomen (Fig. 3 (a3), (b3), en (c3)). Bovendien vertoonde het aan de PVP-oplossingen toegevoegde jodium direct een hoge concentratie jodium anders dan het toegevoegde PVPI. Hoewel het jodium kon worden gevonden in de EDS-afbeeldingen, kan men duidelijk uit Fig. 3 zien dat het jodiumgehalte klein is in vergelijking met andere elementen. Dezelfde conclusie kan worden getrokken uit de FTIR-spectra in figuur 4.

Verschillende elementen van EDS-beelden van de as-spun PVP/I (a–a3), PVP/PVPI (b–b3), PVB/PVPI (c–c3) vezels met 5% I/PVPI-doping

FTIR-spectra van de as-spun vezels PVP/I (a ), PVP/PVPI (b ), PVB/PVPI (c )

Fig. 4a-c toonde de FTIR-spectra van de as-spun vezels met verschillende concentraties van verschillende toevoegingen. Zoals te zien is in figuur 4, veranderen de toevoegingen van jodium of PVPI de chemische structuren van de polymeren uiteraard niet, wat mogelijk te wijten is aan de kleine hoeveelheid van de toevoegingen. De onveranderde polymeren zorgden ook voor de stabiliteit van de polymeren voor wondgenezing, zonder enige andere onzekerheden.

Bevochtigbaarheid

Bovendien werd aangenomen dat een ideaal wondverband enkele voordelen zou moeten hebben, zoals het behoud van wondhydratatie en absorptie van overtollig wondexsudaat, wat de bevochtigbaarheid van het ontworpen wondverband kan vereisen [5, 7,8,9]. Daarom hebben we ook de hydrofiliciteit van de as-spun vezelachtige mazen onderzocht door hun SBF-contacthoeken te meten. Zoals gesuggereerd in figuur 5, vertoonden de drie soorten elektrospun vezelmembranen allemaal een goede hydrofiliciteit met de toenemende concentratie van jodium en PVPI. Voor op PVP gebaseerde mazen zorgden, vanwege de hydrofiliciteit van het polymeer, ook voor kleine SBF-contacthoeken, en de hoek nam toe tot 19,5° voor PVP/I, zoals weergegeven in Fig. 5 (a-a3) en ( b–b3). De verhoogde SBF-contacthoeken kunnen het gevolg zijn van de toenemende oppervlakteruwheid van deze mazen. Het geval bij op PVB gebaseerde meshes was echter anders. In onze vorige studie was erop gewezen dat elektrospun PVB-vezelnetwerken hydrofobiciteit vertoonden vanwege de ongelijke structuren [38]. Bij afwezigheid van PVPI vertoonden de PVB-elektrogesponnen mazen het vergelijkbare contacthoekgeval zoals te zien is in figuur 5 (c). Omdat PVPI is gedoteerd in PVB, nam de SBF-contacthoek af en snel tot nul met PVPI hoger dan 2%, wat aangaf dat PVPI de hydrofiliciteit van de as-spun vezelachtige mazen verhoogde. De goede hydrofiliciteit van deze vezelachtige mazen zorgde voor het vermogen om overtollig wondexsudaat te absorberen en zou vervolgens gunstig zijn voor toepassingen met wondverband.

SBF-contactonderzoek van de as-spun vezels PVP/I (a–a3), PVP/PVPI (b–b3), PVB/PVPI (c–c3) met verschillende jodium/PVPI-concentraties

Luchtdoorlatendheid

Een ideaal wondverband vereist ook een goede luchtdoorlaatbaarheid om een ​​positieve omgeving voor wondgenezing te bieden [9, 11,12,13]. Hier hebben we ook de luchtdoorlaatbaarheid van dit soort met jodium gedoteerde vezelachtige mazen onderzocht, zoals weergegeven in tabel 2. Zoals te vinden is in tabel 2, nam met de toenemende dotering van jodium in PVP ook de luchtdoorlaatbaarheid toe van 59,92 naar 324,3 mm s ⁻¹ , wat het gevolg kan zijn van de verminderde diameter en verhoogde porositeit, terwijl de luchtdoorlaatbaarheid van vezelachtige mazen met PVPI gedoteerd in PVP en PVB geen duidelijke trends vertoont. Niettemin vertonen de 5% doteringen een betere gasdoorlatendheid dan de zuivere polymeren. Ter vergelijking hebben we ook de luchtdoorlaatbaarheid getest van twee traditionele wondverbanden (TWD) die op de markt zijn gekocht. Het is duidelijk dat de ontworpen elektrospun vezelachtige wondverbanden een betere luchtdoorlatendheid bieden dan die op de markt.

Voor verder onderzoek van de luchtdoorlaatbaarheid hebben we de poriegrootte en porieverdeling van de as-spun meshes getest. Zoals weergegeven in tabel 3, werden de gemiddelde poriegroottes van de as-spun meshes vermeld. Over het algemeen geldt:hoe groter de gemiddelde poriegrootte, hoe beter de luchtdoorlatendheid, vergeleken met de gegevens in tabel 2. Bovendien waren de poriegroottes van de as-spun vezelachtige mazen voornamelijk uniform, met het grootste deel bij de gemiddelde grootte, die kan worden gevonden in Aanvullend bestand 1:Afbeelding S1. De poriegroottes van deze electrospun meshes waren in het gebied van 1,936-9,152 μm, overeenkomend met de grootte van menselijke weefselcellen, wat gunstig zou zijn voor wondgenezing. Vanwege de precisie van het instrument waren de poriegroottes van de TWD echter te klein om te testen, wat kan leiden tot een slechte luchtdoorlatendheid ervan.

Antibacteriële activiteit

Een andere vereiste voor een ideaal wondverband is asepsis en zelfs antibiose om wondinfecties te voorkomen en te behandelen [11,12,13]. In dit werk zijn de jodium- en PVPI-doping daar terecht om dat te bereiken. De antibacteriële activiteiten van de as-spun fibreuze mazen werden beoordeeld tegen typische pathogene bacteriën, zoals E. coli en S. aureus , zoals weergegeven in Fig. 6. Uit Fig. 6 kan men zien dat er geen bacteriostatische cirkel werd gevormd voor pure PVP of PVB. Nadat jodium of PVPI in het polymeer was gedoteerd, vertoonden de as-spun fibreuze membranen duidelijke remmingszones voor de twee bacteriestammen na intervallen van 24 uur. Bovendien vertoonde het met jodium gedoteerde PVP de beste antibacteriële eigenschappen tegen zowel E. coli en S. aureus , de met PVPI gedoteerde PVP op de tweede plaats en PVB/PVPI op de laatste. De goede antibacteriële eigenschappen zorgden ervoor dat de op jodium gebaseerde electrospun fibreuze meshes konden worden gebruikt voor wondgenezing tegen bacteriële infecties van de wond. Bovendien kan worden verwacht dat hoe hoger de concentratie van de extra antibacteriële middelen, hoe beter de antibacteriële eigenschappen van de mazen. Bijgevolg kan men gemakkelijk betere antibacteriële eigenschappen krijgen door meer jodium of PVPI aan hun oplossingen toe te voegen.

De antibacteriële activiteit van de as-spun membranen tegen E. coli en S. aureus

In-situ-toepassingen

Er wordt aangenomen dat in-situ wondverband hun efficiëntie ten goede zal komen vanwege extra superioriteit zoals vervormbaarheid zonder rimpels of ribbels in het wondbed, gemak van toepassing en verbeterde therapietrouw en comfort van de patiënt [39]. Bijgevolg wordt in situ elektrospinning beschouwd als een nuttig concept om geschikte vervangingsmiddelen te produceren voor weefselherstel en wondgenezing direct op de laesie van de patiënt, onafhankelijk van de wondgrootte en diepte [18, 34, 35, 40, 41]. Zoals getoond in Fig. 7a, b, kunnen de op jodium gebaseerde vezelachtige mazen in situ elektrospin op de "verwonde hand" worden gemaakt door het HHE-1-apparaat en een dunne film vormen op het huidoppervlak als een tweede huidlaag vanwege tot elektrostatische aantrekkingskrachten. Het elektrospun PVP-I-vezelmembraan vertoont een goede flexibiliteit en compactheid en kan indien nodig gemakkelijk worden verwijderd [zie figuur 7c, d). De meer levendige details van in-situ elektrospinning van PVP-I-wondverband zijn te vinden in aanvullend bestand 1:Video S1 en S2 en afbeelding S2.

In situ toepassingen van het draagbare apparaat en op jodium gebaseerde elektrospun vezelmatten. Door de HHE-1 kan men gemakkelijk in situ elektrospun op jodium gebaseerde PVP/I mesh op de "geblesseerde hand" (a –b ), kunnen de elektrospun matten eenvoudig van het “wondbed” worden verwijderd (c –d )