原位电纺碘基纤维网用于先进抗菌伤口敷料

摘要

我们首次演示了手持式原位电纺碘负载聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和聚乙烯缩丁醛（PVB）溶液，制备兼具高孔隙率、优异气体渗透性和强效抗菌活性的纤维网。扫描电镜（SEM）确认纤维光滑均匀，直径随碘含量增加而减小。能谱（EDS）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）验证碘的存在且未改变聚合物化学。所得纤维网接触角 <20°，空气渗透率高达 324 mm s⁻¹，优于传统伤口敷料。对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌测试显示清晰抑菌圈，5% 碘掺杂 PVP 活性最高。重要的是，手持设备可直接沉积于不规则伤口床，提供灵活、患者友好的敷料方案。

研究背景

电纺纳米纤维膜因其纳米级结构模拟细胞外基质，促进止血、气体交换和无疤愈合，成为伤口护理的金标准。PVP 和 PVB 凭借生物相容性、溶解性和低毒性，是理想伤口敷料基材。碘及其与 PVP 的复合物（PVPI）长期作为广谱防腐剂应用。传统 PVPI 基敷料需预制网膜，可能需修剪或重复贴敷，造成额外创伤。原位电纺消除此步骤，直接在伤口上沉积敷料。

材料与方法

• 聚合物：PVP（250 kDa，13 wt% 乙醇溶液）和 PVB（100 kDa，10 wt% 乙醇溶液）。
• 碘负载：1%、2%、5%（wt%）碘或 PVPI 溶解于聚合物溶液，搅拌 ≥24 h 后使用。
• 设备：手持电纺单元（HHE-1），固定 10 kV，喷嘴直径 0.1 mm，收集距离 8 cm。
• 表征：SEM（Phenom ProX, 10 kV）金喷涂后观察；EDS 元素分布；FTIR（Thermo Nicolet iN10）；2 µL 模拟体液（SBF）测接触角；空气渗透率（Textest FX3300, 200 Pa）；孔径（PSM 165）；对大肠杆菌（ATCC 10536）和金黄色葡萄球菌（ATCC 25923）抗菌圈测试。

结果与讨论

纤维形貌

SEM 图像显示光滑、无缺陷纤维。仅碘掺杂 PVP 纤维平均直径随碘含量从 1.2 µm（0%）降至 0.6 µm（5%），归因于溶液电导率增加。相反，PVPI 掺杂 PVP 和 PVB 纤维因粘度升高随 PVPI 增加而略微增粗。

元素与光谱确证

5% 碘/PVPI 样品 EDS 谱显示明显碘峰，伴随主导的 C、O 信号，确认成功掺入。FTIR 谱显示特征 PVP/PVB 峰（如 ~1720 cm⁻¹ C=O 伸缩），峰位无显著位移，表明碘或 PVPI 未破坏聚合物主链。

润湿性

所有纤维网高度亲水；随碘/PVPI 含量增加接触角降至 20° 以下。PVB 网本身疏水，但 PVPI 超过 2% 时因亲水碘复合物变得几乎完全润湿。

空气渗透率与孔隙结构

空气渗透率从纯 PVP 的 59.9 mm s⁻¹ 提升至 5% 碘-PVP 的 324.3 mm s⁻¹。PVPI 掺杂样品维持 200 mm s⁻¹ 以上。孔径 1.9–9.1 µm，匹配皮肤细胞尺寸，支持最佳气体交换。相比商业敷料，电纺网渗透率高 2–4 倍。

抗菌活性

仅碘/PVPI 掺杂网显示清晰抑菌圈。5% 碘-PVP 对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌抑菌圈最大（~25 mm），优于 PVPI-PVP 和 PVB/PVPI。这一趋势凸显掺入碘物种的剂量依赖性抗菌功效。

原位应用

使用 HHE-1，可直接将网沉积于模型手部伤口，形成贴合薄膜，通过静电吸附附着。网保持柔韧，可轻柔剥离并重复喷涂，无需额外设备。

结论

手持原位电纺平台制备的碘负载 PVP/PVB 网兼具结构保真度、卓越透气性和强效抗菌作用。该方法免去预制敷料，为伤口护理提供可定制、微创解决方案。