DOI:10.1016/j.cej.2020.128144

聚乙烯吡咯烷酮（俗称聚维酮或PVP）能迅速溶解在水中。这严重阻碍了它在生物医用缓释制剂中的使用。由于较大的表面积体积比，PVP电纺纤维溶解速度更快。在这项工作中，研究者提出了一种解决这一问题的方法，即开发和使用水凝胶形式的功能性纤维材料。重要的是，本研究证明了含有两种羟基肉桂酸衍生物，即对香豆酸和阿魏酸的PVP乙醇溶液可以电纺成功能性水凝胶纤维垫。静电纺丝后，首先在130℃下对所形成的复合材料垫进行20小时的热处理，然后将其浸入水介质中，从而转变为水凝胶。热退火不会降解羟基肉桂酸衍生物，且可保留其功能。作者建议将这些水凝胶纤维垫用作潜在的伤口敷料，为此，体外测试显示长达8天的抗氧化剂释放，从而保护A549上皮细胞免受氧化应激。使用人红细胞以及A549和HaCaT细胞系进行的生物相容性试验显示无不良影响。UV-B辐射所致小鼠皮肤烧伤模型研究表明，水凝胶纤维敷料可显著降低基质金属肽酶（MMP-9）和谷胱甘肽过氧化物酶1（GPX-1）的水平，这些水平通常由烧伤皮肤上的活性氧化物质上调。最后，离体人皮肤研究表明，皮肤再生且炎症阶段得到了控制，如低水平的促炎细胞因子（IL-6和IL-8）所示。综上所述，通过简单的方案生产的PVP基纤维水凝胶是伤口敷料的有希望的候选材料。

图1.PVP基纤维的制备和形态分析。（A）纤维的制备示意图。（B-D）分别为PVP-TT、PVP-PCA-TT和PVP-FA-TT纤维的SEM图像。（E-G）PVP-TT、PVP-PCA-TT和PVP-FA-TT纤维的直径分布。

图2.PVP基纤维水凝胶反应的化学表征。（A）PVP和PVP-TT纤维的ATR-FTIR光谱。包括纯PVP和酰亚胺形成的主要作用。（B）由PVP形成琥珀酰亚胺环的示意图。（C）原始FA、PVP-FA和PVP-FA-TT纤维的ATR-FTIR光谱。显示了阿魏酸和酰亚胺形成的主要作用。（D）原始PCA、PVP-PCA和PVP-PCA-TT纤维的ATR-FTIR光谱。显示了对香豆酸和酰亚胺形成的主要任务。（E，F）热处理前后PVP样品的C1s光谱。

图3.PVP基纤维水凝胶的溶胀度和流变学分析。（A，B）分别对PVP-PCA-TT和PVP-FA-TT样品进行溶胀测试。（C，D）分别为PVP-PCA-TT和PVP-FA-TT样品的流变学分析。G’值表示为实心符号，G”、值为空符号。在测试的所有频率值下，计算出G'和G''每个点的SD分别低于±400和±50Pa。

图4.药物释放研究后，抗氧化剂的释放和纤维水凝胶的形态。（A，B）分别在192小时和24小时内研究了不同PVP基处理纤维的PCA和FA释放曲线。药物释放实验后，PVP-PCA-TT（C，E）和PVP-FA-TT（D，F）纤维的（C-F）SEM图像。分别插入F和E的缩放。

图5.PVP基纤维水凝胶与细胞和红细胞的相互作用。（A）与PVP基热处理纤维孵育48小时的A549细胞的MTS分析直方图。与CTRL相比，***p＜0.001；与PVP-TT相比，###p＜0.001；与PVP-PCA-TT相比，§p＜0.05。（B）HaCaT细胞与PVP基热处理纤维孵育24和48小时的MTS分析直方图。与CTRL相比，***p＜0.001；与PVP-TT相比，##p＜0.001；与PVP-PCA-TT相比，§p＜0.05。（C）用PVP-TT、PVP-PCA-TT和PVP-FA-TT纤维处理后释放的Hb的吸光度直方图。该值表示为相对于阳性对照（TritonX）的百分比。与TritonX相比，***p＜0.001。（D）用TritonX和PVP基热处理纤维处理后以及未处理（对照）红细胞的光学图像。（E）细胞附着试验的示意图。（F）附着在纤维上的A549细胞的荧光显微镜图像。箭头指示粘着结构。

图6.PVP基纤维水凝胶的体外和体内抗氧化能力。（A，B）在热处理之前和之后的PVP、PVP-PCA和PVP-FA样品的自由基清除活性。（C）不与H2O2孵育（作为阳性对照，CRTL）和与H2O2孵育，以及与H2O2加PVP基热处理纤维孵育的A549细胞的DCF分析结果。结果以平均值±标准误差表示。与H2O2相比，**p＜0.01。（D）原始、假手术、PVP-PCA-TT和PVP-FA-TT小鼠中MMP-9和GPX1蛋白的代表性蛋白质印迹图。该印迹代表3种不同分析，说明了小鼠烧伤皮肤中MMP-9和GPX1蛋白的表达。GAPDH用作内部对照。蛋白重量以kDa表示。（E，F）原始、假手术、PVP-PCA-TT和PVP-FA-TT小鼠中MMP-9和GPX蛋白的表达百分比。结果表示为平均值±S.E.M.与假手术组相比，***p＜0.001。

图7.离体人皮肤试验。（A）实验装置的示意图。（B）H＆E染色皮肤切片的代表性图像显示伤口边缘处重新生长的皮肤层（黑色箭头）。（C，D）不同温育时间在培养基中释放的IL-6和IL-8的标准化值。比例尺=50µm。结果表示为平均值±S.E.M.与对照相比，*p＜0.05，**p＜0.01，***p＜0.001；与PVP-TT相比，###p＜0.001，##p＜0.01；与PVP-FA-TT相比，§§p＜0.01；与PVP-PCA-TT相比，@p＜0.05。