《Progress in Materials Science》：Surface-functionalized alginate/polyurethane nonwoven with antibacterial and unidirectional fluid transport properties for accelerated healing of infected wound
编辑推荐：
海藻酸钠/聚氨酯（G-Alg/PU）非织造布通过依次表面功能化策略实现抗菌与单向液体传输功能，抑制大肠杆菌和金黄色葡萄球菌达99.9%，有效控制伤口渗出液并促进胶原沉积，显著加速感染伤口愈合。
韩彦婷|冯晓娟|尹哲|廖登斌|王一琳|胡婷婷|关晓阳|杨秋菊|谭琳|卡莉
四川大学华西医院/华西护理学院护理与材料医学与工程跨学科研究实验室，中国成都
摘要
海藻酸盐非织造布因其生物相容性和吸液性能而成为理想的伤口敷料。然而，其有限的抗菌活性和较差的渗出物引流能力限制了其在感染伤口护理中的应用。为了解决这些问题，研究人员采用了一种顺序表面功能化策略，制备出了一种胍修饰的海藻酸盐/聚氨酯（G-Alg/PU）非织造布，该材料具有抗菌性和单向液体传输能力。通过热压工艺，将电纺疏水性聚氨酯层稳定地结合到海藻酸盐非织造布上，既增强了结构的完整性，又保持了透气性。胍的静电接枝使G-Alg/PU的抗菌性能得到提升，对大肠杆菌（Escherichia coli）和金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）的抑制率达到了99.9%。由于层间的亲水-疏水梯度作用，G-Alg/PU实现了单向液体传输。体外实验验证了G-Alg/PU良好的细胞相容性、血液相容性和止血性能。体内应用表明，G-Alg/PU通过控制渗出物、减轻炎症和促进胶原蛋白沉积，有效促进了感染伤口的愈合。本研究为开发具有集成功能的海藻酸盐非织造布敷料提供了一种有效的层功能化策略。
引言
感染伤口的愈合受到高渗出物负荷、细菌定植和持续炎症反应的阻碍，这对应对功能性敷料在抗菌、渗出物管理和微环境调节方面的需求[1,2]。现有的敷料（包括传统纱布、薄膜、泡沫和水凝胶）由于其单一成分结构，无法同时调节多种微环境因素[3][4][5]。因此，开发能够同时实现抗菌、控湿和生物相容性的敷料对于优化伤口微环境和促进感染伤口愈合至关重要。
由于海藻酸盐非织造布具有优异的生物相容性、吸液性和止血功能，成为急性伤口护理的有希望的材料，特别是在吸收伤口中的血液和渗出物方面[6]。然而，如果不能及时更换，其超亲水性可能导致过多的液体滞留，从而引起持续的伤口浸润和感染风险增加[7]。近年来，基于亲水-疏水Janus膜的单向液体传输技术受到了关注，因为这种膜可以在保持湿润环境的同时排出渗出物[8,9]。其背后的机制主要归因于表面能差异、毛细管吸力和界面张力调节的协同作用[8][9][10]。然而，目前的研究主要集中在合成聚合物基膜上，这些膜往往缺乏天然的生物相容性和生物活性[11]。相比之下，海藻酸盐非织造布具有天然的生物相容性和吸液能力，但关于通过结构修饰来实现渗出物管理功能的研究仍然较少。
此外，海藻酸盐材料本身的抗菌活性不足。大多数研究集中在通过混合或表面吸附改性来赋予海藻酸盐基材料抗菌性能，包括添加银离子[12]、抗生素[13]和光热/光动力剂[14]。然而，由于表面沉积方式单一，抗菌剂容易从基质中渗出，从而降低抗菌效果，促进细菌耐药性的产生，并增加体内毒性风险[15,16]。作为替代方案，聚六亚甲基胍（PHMG）因其与带负电荷的细菌膜之间的强静电相互作用而被认为是一种有效的抗菌成分，这种相互作用能够破坏膜的结构完整性并发挥快速、广谱的抗菌作用[17]。此外，我们之前的研究表明，PHMG的阳离子基团可以静电结合到海藻酸盐非织造布的羧基上，从而增强结构稳定性并降低毒性风险[18]。用2%的PHMG水溶液进行表面改性后，海藻酸盐材料能够在保持低细胞毒性的同时发挥强抗菌活性[18]。尽管取得了这些进展，但在设计基于海藻酸盐的伤口敷料时，同时实现稳定的抗菌活性、单向水分传输以及保持透气性和吸液性能仍然是一个关键挑战。
为了解决上述问题，本研究采用顺序层功能化策略，结合电纺、热压和表面抗菌改性技术，制备出了胍修饰的海藻酸盐/聚氨酯（G-Alg/PU）Janus非织造布。证实了G-Alg/PU的集成形态和结构稳定性。G-Alg/PU两侧的亲水性和疏水性差异使其实现了单向液体传输。全面的体外和体内评估表明，G-Alg/PU通过抗菌作用、控制渗出物、减轻炎症和促进胶原蛋白沉积，有效加速了感染伤口的愈合。这项工作为开发具有集成抗菌和控湿功能的多功能海藻酸盐基敷料提供了合理的策略。
材料
海藻酸钠（SA）非织造布由中国纺织科学院提供。聚六亚甲基胍盐酸盐（PHMG，95%）购自上海高聚生物技术有限公司。聚氨酯（PU，Elastollan?，分子量约220,000）和N,N-二甲基甲酰胺（DMF，99.5%）由巴斯夫公司提供。大肠杆菌（ATCC25922）和金黄色葡萄球菌（ATCC6538）购自上海鲁威科技有限公司，并在青岛高新区提供的SDA琼脂中于37°C条件下培养。
形态与结构表征
图1a展示了G-Alg/PU的制备过程示意图，包括电纺、热压和随后的抗菌改性步骤。通过FTIR分析证实了改性效果（图1b），在3160 cm?1处观察到的谱带对应于聚氨酯基团中N-H键的对称伸缩，这与氢键的形成有关。1410 cm?1处的峰来自海藻酸盐主链的O-C-O伸缩，而890 cm?1处的明显吸收峰...
结论
本研究通过顺序表面功能化策略（包括电纺、热压和胍修饰）成功制备出了胍修饰的海藻酸盐/聚氨酯（G-Alg/PU）非织造布。疏水性电纺聚氨酯层通过热压牢固地结合到海藻酸盐非织造布基底上，形成了结构稳定且透气的双层膜。由于亲水-疏水梯度的存在，G-Alg/PU表现出单向...
作者贡献声明
韩彦婷：撰写原始稿件、方法设计、实验研究、资金获取、数据分析、概念构思。冯晓娟：撰写原始稿件、方法设计、实验研究、数据分析。尹哲：方法设计、实验研究、数据分析。廖登斌：资源调配、概念构思。王一琳：实验研究、数据分析。胡婷婷：实验研究、数据分析。关晓阳：资源调配、资金获取。杨秋菊：数据分析。谭琳：
致谢
本研究得到了中国国家自然科学基金（52403043）、四川省科学技术厅（2025YFHZ0246）、四川省高科技有机纤维重点实验室开放研究项目（PLN2024-15）、四川省杰出青年学者资助（23NSFJQ0001）以及四川大学工程特色团队资助（2020SCUNG122）的财政支持。作者感谢实验动物中心的廖广能...
