In situ elektrospinnen van jodium-gebaseerde vezelmatten voor geavanceerde antibacteriële wondverbanden

Samenvatting

We demonstreren de eerste handgehouden, in-situ elektrospinning van jodium-geladen poly(vinylpyrrolidon) (PVP) en poly(vinylbutyraat) (PVB) oplossingen, wat vezelmatten produceert die hoge porositeit, uitstekende gaspermeabiliteit, en krachtige antibacteriële activiteit combineren. Scanning elektronenmicroscopie (SEM) bevestigt gladde, uniforme vezels wiens diameters afnemen met hogere jodiuminhoud. Energiedispersieve spectroscopie (EDS) en Fourier-transformatie infrarood (FTIR) spectroscopie verifiëren de aanwezigheid van jodium zonder de polymerechemie te veranderen. De resulterende matten vertonen lage contacthoeken (<20°) en luchtpermeabiliteit tot 324 mm s⁻¹, wat conventionele wondverbanden overtreft. Antibacteriële testen tegen E. coli en S. aureus tonen duidelijke inhibitie-zones, met de hoogste activiteit in 5% jodium-gedopte PVP. Belangrijk is dat het handgehouden toestel directe toepassing op irreguliere wondbedden toestaat, wat een flexibele, patiënt-vriendelijke verbandoplossing biedt.

Achtergrond

Elektrogespinde nanovezelmembranen zijn de goudstandaard voor wondzorg omdat hun nanoschaal-architectuur de extracellulaire matrix nabootst, wat hemostase, gasuitwisseling, en littekenvrije genezing bevordert. PVP en PVB worden gewaardeerd voor hun biocompatibiliteit, oplosbaarheid, en lage toxiciteit, wat ze ideale substraten maakt voor wondverbanden. Jodium, en zijn complex met PVP (PVPI), wordt lang gebruikt als breed-spectrum antisepticum. Traditionele PVPI-gebaseerde verbanden vereisen echter voorgefabriceerde matten die mogelijk getrimd of heraangebracht moeten worden, potentieel extra trauma causerend. In-situ elektrospinning elimineert deze stap door het verband direct op de wond te depositeren.

Materialen & Methoden

• Polymers: PVP (250 kDa, 13 wt% in ethanol) en PVB (100 kDa, 10 wt% in ethylaalcohol).
• Jodium Lading: 1%, 2%, en 5% (wt%) jodium of PVPI opgelost in de polymereoplossingen. Oplossingen geroerd voor ≥24 u voor gebruik.
• Toestel: Handgehouden elektrospinning-eenheid (HHE-1) opererend bij vaste 10 kV, mondstuk-diameter 0,1 mm, met een 8 cm collector-afstand.
• Karakterisering: SEM (Phenom ProX, 10 kV) na goudcoating; EDS voor elementaire mapping; FTIR (Thermo Nicolet iN10); contacthoek via 2 µL gesimuleerd lichaamsvocht (SBF); luchtpermeabiliteit (Textest FX3300, 200 Pa); poriën-grootte (PSM 165); antibacteriële zones tegen E. coli (ATCC 10536) en S. aureus (ATCC 25923).

Resultaten & Discussie

Vezel Morfologie

SEM-beelden onthullen gladde, defect-vrije vezels. Alleen-jodium-gedopte PVP-vezels tonen een progressieve reductie in gemiddelde diameter van 1,2 µm (0%) naar 0,6 µm (5%), toegeschreven aan verhoogde oplossingsgeleidbaarheid. In tegenstelling vertonen PVPI-gedopte PVP- en PVB-vezels een lichte diametertoename met hogere PVPI door verhoogde viscositeit.

Elementaire & Spectroscopische Bevestiging

EDS-spectra voor 5% jodium/PVPI monsters tonen duidelijke jodiumpieken naast dominante C en O signalen, wat succesvolle incorporatie bevestigt. FTIR-spectra vertonen karakteristieke PVP/PVB-banden (bijv. C=O-rekking bij ~1720 cm⁻¹) met verwaarloosbare verschuivingen, wat aangeeft dat jodium of PVPI de polymere ruggengraat niet verstoort.

Benettingsbaarheid

Alle matten zijn sterk hydrofiel; contacthoeken dalen onder 20° met toenemende jodium/PVPI-inhoud. PVB-matten, typisch hydrofoob, worden bijna volledig benetbaar wanneer PVPI 2% overschrijdt, dankzij het hydrofiele jodiumcomplex.

Luchtpermeabiliteit & Porusstructuur

Luchtpermeabiliteit stijgt van 59,9 mm s⁻¹ (zuivere PVP) tot 324,3 mm s⁻¹ (5% jodium-PVP). PVPI-gedopte monsters behouden waarden boven 200 mm s⁻¹. Poriegroottes variëren van 1,9 µm tot 9,1 µm, wat matcht met huidceldimensies en optimale gasuitwisseling ondersteunt. Vergeleken met commerciële verbanden vertonen de elektrogespinde matten 2–4x hogere permeabiliteit.

Antibacteriële Activiteit

Duidelijke inhibitie-zones verschijnen alleen in jodium/PVPI-gedopte matten. Het 5% jodium-PVP monster toont de grootste zones (~25 mm) tegen zowel E. coli als S. aureus, wat PVPI-gedopte PVP en PVB/PVPI overtreft. Deze trend benadrukt de dosis-afhankelijke antibacteriële effectiviteit van de geïncorporeerde jodiumsoorten.

In-situ Toepassing

Met de HHE-1 kunnen matten direct op een model handwond gedeponeerd worden, vormend een conformerende, dunne film die via electrostatische aantrekking hecht. Het mat blijft flexibel, kan zacht afgetrokken worden, en kan heraangebracht worden zonder additionele apparatuur.

Conclusies

Het handgehouden in-situ elektrospinning-platform produceert jodium-geladen PVP/PVB-matten die structurele getrouwheid, superieure adembaarheid, en robuuste antibacteriële actie combineren. De benadering elimineert de noodzaak voor voorgefabriceerde verbanden en biedt een aanpasbare, minimaal-invasieve oplossing voor wondzorg.