第一作者：李昊天、张霖俊
通讯作者：杨磊、李乙文
通讯单位：四川大学高分子科学与工程学院，高分子材料工程国家重点实验室
研究速览
近期，四川大学李乙文等人在Advanced Functional Materials发表了具有按需药物释放和实时监控功能的智能抗菌涂层的文章。
具有表面独立方法、按需抗生素释放和实时载药量监测功能的智能抗菌涂层引起了医疗器械、抗生素输送平台和植入设备领域越来越多的兴趣。针对现有方法固有的复杂性，这项工作通过简化合成过程并将氨基糖苷类与金属超分子相结合来开发多功能且有效的涂层，从而进行创新。这些涂层不仅在体外和体内表现出优异的生物活性和高效的抗菌性能，而且还能够实现高载药量和控释。值得注意的是，它们在各种设备上的应用已在治疗植入物感染和促进细菌伤口愈合方面表现出深远的治疗效果。这些涂层的一个关键进步是集成了变色指示器，用于实时监测药物水平，提高伤口护理的精度，并促进及时的临床干预。这项研究标志着在开发更容易获得、生物活性和智能抗菌材料方面取得了重大进展，为智能医用涂层领域开辟了新途径。
要点分析
要点一：智能抗菌涂层的制备。金属离子与吡啶氮和亚胺键之间的多重配位键生成不同种类的材料，成功实现了金属超分子对抗生素的便捷整合。该方法成功地制备了强而均匀的TOB/BD/Fe(II)涂层。
要点二：体外抗菌活性。细菌在涂层表面表现出明显的膜损伤。涂层导致90%以上的细菌被破坏，对革兰氏阴性和革兰氏阳性菌株都具有高水平的抗菌活性。
要点三：不同涂层的制备。这些涂层材料都表现出优异的酸响应性和随需应变的抗生素释放行为。涂层具有不同的载药能力，金属离子的配位数影响涂层与氨基糖苷的结合亲和力，从而影响金属超分子涂层的形成。
要点四：体内抗菌活性。涂有抗菌材料的指甲和导管显示出有效的抗菌活性，在小鼠中没有观察到明显的表皮肿胀，该涂层具有较强的体内抗菌功效。该涂层结合了生物活性特性和智能功能以及实时药物监测功能，成为细菌感染场景的通用解决方案。
图文导读
图1：a)制作工艺示意图。b)不同的基材没有/有TOB/BD/Fe(II)涂层。c) TOB/BD/Fe(II)@Glass的AFM高度图像。d) SEM图像，e) FTIR透射光谱，f) CA未/有TOB/BD/Fe(II)涂层的拉曼光谱。g) TOB/BD/Fe(II)@CA的C1s，h) N1s和i) Fe2p高分辨光谱。
图2：a)光学图像和b) TOB/BD/Fe(II)涂层在不同释放阶段和相关三色(RGB)的紫外-可见吸收光谱。c) RGB空间中的数字色彩。d) TOB/BD/Fe(II)涂层在不同阶段的载药量。e)它们相关的R/B药物载量和R/G药物载量。g)通过电脑和智能手机监测药物负荷的示意图。
图3：a)未包被/包被CA膜处理后金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的ZOI图像，b)荧光图像，c)扫描电镜图像。d)菌液浊度及TOB/BD/Fe(II)@CA涂层的微褪色情况。e)涂覆/未涂覆CA膜对两种细菌的抑菌活性。
图4：a)不同种类AGs的化学结构及相应涂层的数码照片。b)不同AGs包被中抗生素的累积释放量。c)涂层的体外抗菌活性。d)其他金属离子制备涂层的数码照片。e)由不同金属离子组成的涂层中TOB的累积释放量。
图5：a)分别植入包被导管和未包被导管的小鼠图像。器械植入后感染金黄色葡萄球菌。b)导管和指甲上金黄色葡萄球菌计数。c)光学照片；d)导管治疗不同器官金黄色葡萄球菌统计。e)光学照片；f)指甲处理不同器官金黄色葡萄球菌统计。g)感染部位小鼠皮肤组织学检查。采用H&E染色和革兰氏染色对组织进行染色。放大图像的倍率是原来的两倍。
图6：a)监测药物负荷指导伤口治疗示意图，以及模拟场景下的计算机屏幕。b)不同日期愈合过程的代表性光学照片及示意图。c)第15天创面组织H&E、Masson、CD-31、TNF-时延、IL-6、IL-10染色图像。d)不同组创面缺损面积。e)免疫荧光信号相应的定量统计，*p<0.05。
结论
总之，作者的工作开创了氨基糖苷与金属超分子的整合，以创造创新的生物活性和智能抗菌涂层。这些涂层应用于各种底物上，具有出色的生物活性、药物释放控制、高载药量和体内体外抗菌功效。一个关键的创新是通过颜色变化结合实时药物负荷监测，这加强了药物释放的理解，有助于有效的伤口管理。这一突破性的功能使作者的涂料处于革新伤口护理和治疗策略的最前沿。因此，作者的研究为开发先进的生物活性和智能抗菌涂层提供了一个新的范例。
全文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202411985
参考文献：Haotian Li，Linjun Zhang，Bo Liang，Hongrui Xue，Huan Cao，Zhen Li，Lei Yang，Yiwen Li. Adv. Funct. Mater. 2024, 2411985. DOI:10.1002/adfm.202411985.
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