DOI:10.1016/j.msec.2020.111308
由定植的中央靜脈導管或中央線感染引起的血源性傳播疾病是一個長期公認的問題，其感染率分別為每1000天2和6.8。此外，去除植入生物材料的嚴重微生物定植仍然是一項挑戰，在此過程中通常需要進行侵入性手術。因此，這就要求開發出按需自消毒材料，以避免定植生物材料的失效并提高患者的依從性。此外，制備的可追蹤生物材料具有光致發光特性，將其植入體內后可以很容易地進行監測。在此，研究者提出將近紅外（NIR）敏感的紅色發光碳納米點（CD）結合到聚合物基質中，以產生具有自跟蹤和光熱抗菌性能的新型生物材料。該研究獲得了一種特殊的材料，經不同的技術（例如靜電紡絲）處理可制備出醫療設備。本文報道了一種靜電紡絲支架的制備方法，這在生物醫學應用中是迫切需要的。除了賦予支架成像特性外，還可以輕松控制植入生物材料的體內位置及其降解狀態和與周圍天然組織的整合程度，由于能夠將NIR光轉換為局部熱CDs，因此可以利用這一點對多種病原體發揮廣譜抗菌作用。通過控制輻照時間可以很容易地調高溫度，以實現裝置的體外自滅菌以及最終體內微生物定植的不穩定性。這種新型生物材料成功地抑制了生物膜的形成，可以用作治療植入式醫療設備中生物膜相關感染的抗生素耐藥性的有力工具。
圖1.納米復合材料的化學和形態表征。靜電紡絲PLA（a）和PLA/CDs納米復合材料（a'）的掃描電子顯微鏡圖像。通過光學顯微鏡觀察靜電紡絲支架的尺寸分布（b）。與納米復合材料相比，原始PLA的差示掃描量熱法（DSC）和熱重分析（TGA）（c-c’）：吸熱峰下降。PLA/CDs納米復合材料的熒光顯微鏡：明場（d），CDs紅色熒光（d’），合并（d’’）。
圖2.納米復合材料的理化特性。電紡PLA（a-a’）和納米復合材料（PLA/CDs）（a’-a’’）的時間依賴性接觸角。在810nm激光曝光（5 W cm-2）下80s的96孔含DMEM嵌入（200μL）納米復合材料的熱顯微鏡照片（b-b’’）。在增加的激光功率密度下，DMEM嵌入（200μL）納米復合材料的總體溫度變化曲線（c）。在相同的NIR激光曝光（5 W cm-2）下，從DMEM嵌入（200μL）納米復合材料中獲得的總體溫度和平均體溫的比較（d）。數據顯示為平均值±s.e.m.（n=6，2個獨立重復）。
圖3.通過MTS分析原始PLA和PLA/CDs納米復合材料對人類成纖維細胞（HDFa）和結直腸癌（HCT-116）細胞系的細胞相容性研究：在固定功率密度（5 W cm-2）下，評估使用和不使用810nm激光照射80s的細胞活性。數據顯示為平均值±s.e.m.（n=6，2個獨立重復）。
圖4.（a）在固定功率（5 W cm-2）下，當使用和不使用810nm NIR激光曝光（80s，5 W cm-2）以及（b）增加曝光時間時，納米復合物和游離CDs（0.125 mg mL-1）對銅綠假單胞菌31、金黃色葡萄球菌62和近平滑假絲酵母菌38臨床分離株的抗菌作用。
圖5.生物膜對24小時金黃色葡萄球菌62（a）、銅綠假單胞菌31（b）和假絲酵母菌38（C）生物膜的殺滅效果。NIR激光處理（80s，5 W cm-2）之前和之后的綠色染色微生物的3D共聚焦顯微鏡Z-stack成像。在1個周期和3個周期的NIR激光處理之后（80s和80s×3，5 W cm-2），通過對金黃色葡萄球菌62（a'）、銅綠假單胞菌31（b'）和假絲酵母菌38（c'）生物膜的FL強度降低計算的生物膜抑制作用。數據顯示為平均值±s.e.m.（n=3，2個獨立重復）。NIR激光（80s，5 W cm-2）處理之前（d-f）和之后（d’-f’），金黃色葡萄球菌62（d-d'）、銅綠假單胞菌31（e-e'）和假絲酵母菌38（f-f'）生物膜的掃描電子顯微鏡圖像。
