DOI:10.1016/j.msec.2020.111308

由定植的中央静脉导管或中央线感染引起的血源性传播疾病是一个长期公认的问题，其感染率分别为每1000天2和6.8。此外，去除植入生物材料的严重微生物定植仍然是一项挑战，在此过程中通常需要进行侵入性手术。因此，这就要求开发出按需自消毒材料，以避免定植生物材料的失效并提高患者的依从性。此外，制备的可追踪生物材料具有光致发光特性，将其植入体内后可以很容易地进行监测。在此，研究者提出将近红外（NIR）敏感的红色发光碳纳米点（CD）结合到聚合物基质中，以产生具有自跟踪和光热抗菌性能的新型生物材料。该研究获得了一种特殊的材料，经不同的技术（例如静电纺丝）处理可制备出医疗设备。本文报道了一种静电纺丝支架的制备方法，这在生物医学应用中是迫切需要的。除了赋予支架成像特性外，还可以轻松控制植入生物材料的体内位置及其降解状态和与周围天然组织的整合程度，由于能够将NIR光转换为局部热CDs，因此可以利用这一点对多种病原体发挥广谱抗菌作用。通过控制辐照时间可以很容易地调高温度，以实现装置的体外自灭菌以及最终体内微生物定植的不稳定性。这种新型生物材料成功地抑制了生物膜的形成，可以用作治疗植入式医疗设备中生物膜相关感染的抗生素耐药性的有力工具。

图1.纳米复合材料的化学和形态表征。静电纺丝PLA（a）和PLA/CDs纳米复合材料（a'）的扫描电子显微镜图像。通过光学显微镜观察静电纺丝支架的尺寸分布（b）。与纳米复合材料相比，原始PLA的差示扫描量热法（DSC）和热重分析（TGA）（c-c’）：吸热峰下降。PLA/CDs纳米复合材料的荧光显微镜：明场（d），CDs红色荧光（d’），合并（d’’）。

图2.纳米复合材料的理化特性。电纺PLA（a-a’）和纳米复合材料（PLA/CDs）（a’-a’’）的时间依赖性接触角。在810nm激光曝光（5 W cm-2）下80s的96孔含DMEM嵌入（200µL）纳米复合材料的热显微镜照片（b-b’’）。在增加的激光功率密度下，DMEM嵌入（200μL）纳米复合材料的总体温度变化曲线（c）。在相同的NIR激光曝光（5 W cm-2）下，从DMEM嵌入（200μL）纳米复合材料中获得的总体温度和平均体温的比较（d）。数据显示为平均值±s.e.m.（n=6，2个独立重复）。

图3.通过MTS分析原始PLA和PLA/CDs纳米复合材料对人类成纤维细胞（HDFa）和结直肠癌（HCT-116）细胞系的细胞相容性研究：在固定功率密度（5 W cm-2）下，评估使用和不使用810nm激光照射80s的细胞活性。数据显示为平均值±s.e.m.（n=6，2个独立重复）。

图4.（a）在固定功率（5 W cm-2）下，当使用和不使用810nm NIR激光曝光（80s，5 W cm-2）以及（b）增加曝光时间时，纳米复合物和游离CDs（0.125 mg mL-1）对铜绿假单胞菌31、金黄色葡萄球菌62和近平滑假丝酵母菌38临床分离株的抗菌作用。

图5.生物膜对24小时金黄色葡萄球菌62（a）、铜绿假单胞菌31（b）和假丝酵母菌38（C）生物膜的杀灭效果。NIR激光处理（80s，5 W cm-2）之前和之后的绿色染色微生物的3D共聚焦显微镜Z-stack成像。在1个周期和3个周期的NIR激光处理之后（80s和80s×3，5 W cm-2），通过对金黄色葡萄球菌62（a'）、铜绿假单胞菌31（b'）和假丝酵母菌38（c'）生物膜的FL强度降低计算的生物膜抑制作用。数据显示为平均值±s.e.m.（n=3，2个独立重复）。NIR激光（80s，5 W cm-2）处理之前（d-f）和之后（d’-f’），金黄色葡萄球菌62（d-d'）、铜绿假单胞菌31（e-e'）和假丝酵母菌38（f-f'）生物膜的扫描电子显微镜图像。