Mallas fibrosas a base de yodo con electrohilado in situ para apósitos antibacterianos para heridas

Imágenes SEM de las fibras PVP / I (a1 – a4), PVP / PVPI (b1 – b4), PVB / PVPI (c1 – c4) recién hiladas con concentraciones de I o PVPI de 0%, 1%, 2% y 5%, respectivamente

EDS y FTIR

Para lograr las propiedades antibacterianas y luego beneficiar la aplicación de curación de heridas, el yodo jugó un papel crucial en las fibras electrohiladas. Para verificar la existencia de yodo, se examinó EDS en el modelo de análisis de espectro completo. Como se muestra en la Fig.3, elegimos las fibras recién hiladas con concentraciones más altas de I / PVPI, 5%, por ejemplo, y las imágenes mostraron que en cada tipo de fibras electrohiladas, excepto en las principalmente de carbono (Fig.3 ( a1), (b1) y (c1)) y oxígeno (Fig.3 (a2), (b2) y (c2)) elementos en los polímeros, también se observó un elemento extra de yodo (Fig.3 (a3), (b3) y (c3)). Además, el yodo añadido a las soluciones de PVP mostró directamente una alta concentración de yodo además del PVPI añadido. Aunque se pudo encontrar yodo en las imágenes de EDS, obviamente se puede encontrar en la Fig. 3 que el contenido de yodo es pequeño en comparación con otros elementos. La misma conclusión se puede obtener de los espectros FTIR en la Fig. 4.

Diferentes elementos de las imágenes EDS de las fibras PVP / I (a – a3), PVP / PVPI (b – b3), PVB / PVPI (c – c3) hiladas con un 5% de dopaje I / PVPI

Espectros FTIR de las fibras recién hiladas PVP / I ( a ), PVP / PVPI ( b ), PVB / PVPI ( c )

La Fig. 4a-c mostró los espectros FTIR de las fibras recién hiladas con diferente concentración de diferentes adiciones. Como puede verse en la Fig. 4, las adiciones de yodo o PVPI no cambian las estructuras químicas de los polímeros obviamente, lo que puede deberse a la pequeña cantidad de adiciones. Los polímeros inalterados también aseguraron la estabilidad de los polímeros para la cicatrización de heridas, sin ninguna otra incertidumbre.

Mojabilidad

Además, se creía que un apósito ideal para heridas debería incluir algunas ventajas como el mantenimiento de la hidratación de la herida y la absorción del exceso de exudado de la herida, lo que puede requerir la humectabilidad del apósito para heridas diseñado [5, 7, 8, 9]. En consecuencia, también examinamos la hidrofilia de las mallas fibrosas recién hiladas midiendo sus ángulos de contacto SBF. Como se sugiere en la Fig. 5, los tres tipos de membranas fibrosas electrohiladas exhibieron todas una buena hidrofilia con la concentración creciente de yodo y PVPI. Para las mallas basadas en PVP, debido a la hidrofilia del polímero, las mallas fibrosas electrohiladas también establecieron pequeños ángulos de contacto SBF, y el ángulo aumentó a 19,5 ° para PVP / I, como se muestra en la Fig. 5 (a-a3) y ( b – b3). El aumento de los ángulos de contacto del SBF puede deberse al aumento de la rugosidad de la superficie de estas mallas. Sin embargo, el caso de las mallas basadas en PVB fue diferente. En nuestro estudio anterior, se había señalado que las mallas fibrosas de PVB electrohilado mostraban hidrofobicidad debido a sus estructuras desiguales [38]. En ausencia de PVPI, las mallas electrohiladas de PVB mostraron el caso de ángulo de contacto similar como se puede ver en la Fig. 5 (c). Como PVPI está dopado en PVB, el ángulo de contacto SBF disminuyó y rápidamente a cero con PVPI superior al 2%, lo que indicó que PVPI aumentó la hidrofilicidad de las mallas fibrosas recién hiladas. La buena hidrofilia de estas mallas fibrosas aseguró la capacidad de absorción del exceso de exudado de la herida y luego sería beneficioso para las aplicaciones de apósitos para heridas.

Examen de contacto SBF de las fibras recién hiladas PVP / I (a – a3), PVP / PVPI (b – b3), PVB / PVPI (c – c3) con diferentes concentraciones de yodo / PVPI

Permeabilidad al aire

Un apósito ideal para heridas también requiere una buena permeabilidad al aire para proporcionar un entorno positivo para la cicatrización de heridas [9, 11,12,13]. Aquí, también investigamos la permeabilidad al aire de este tipo de mallas fibrosas dopadas con yodo, como se muestra en la Tabla 2. Como se puede encontrar en la Tabla 2, con el aumento del dopaje de yodo en PVP, la permeabilidad al aire también se incrementó de 59,92 a 324,3 mm s ⁻¹ , que puede resultar de la disminución del diámetro y el aumento de la porosidad, mientras que la permeabilidad al aire de las mallas fibrosas con PVPI dopado en PVP y PVB no muestra tendencias obvias. Sin embargo, los dopantes al 5% muestran una mejor permeabilidad a los gases que los polímeros puros. A modo de comparación, también probamos la permeabilidad al aire de dos apósitos para heridas tradicionales (TWD) comprados en el mercado. Está claro que los apósitos para heridas fibrosos electrohilados diseñados establecen una mejor permeabilidad al aire que los del mercado.

Para un examen más detallado de la permeabilidad al aire, probamos el tamaño de los poros y la distribución de los poros de las mallas recién hiladas. Como se muestra en la Tabla 3, se enumeraron los tamaños de poro promedio de las mallas recién hiladas. En general, cuanto mayor es el tamaño medio de los poros, mejor es la permeabilidad al aire, en comparación con los datos de la Tabla 2. Además, los tamaños de los poros de las mallas fibrosas recién hiladas eran principalmente uniformes, con la porción más grande en los tamaños medios, que pueden ser que se encuentra en el archivo adicional 1:Figura S1. Los tamaños de poro de estas mallas electrohiladas estaban en la región de 1,936 a 9,152 μm, coincidiendo con los tamaños de las células de tejido humano, lo que sería beneficioso para la cicatrización de heridas. Sin embargo, debido a la precisión del instrumento, el tamaño de los poros del TWD era demasiado pequeño para ser probado, lo que puede resultar en una mala permeabilidad al aire.

Actividad antibacteriana

Otro requisito para un apósito ideal para heridas es la asepsia e incluso la antibiosis para prevenir y tratar las infecciones de las heridas [11,12,13]. En este trabajo, el dopaje con yodo y PVPI tienen razón para lograrlo. Las actividades antibacterianas de las mallas fibrosas recién hiladas se evaluaron frente a bacterias patógenas típicas, como E. coli y S. aureus , como se muestra en la Fig. 6. A partir de la Fig. 6, se puede encontrar que no se formó un círculo bacteriostático para PVP o PVB puros. Una vez que se dopó yodo o PVPI en el polímero, las membranas fibrosas recién hiladas mostraron zonas de inhibición obvias para las dos cepas bacterianas después de intervalos de 24 h. Además, la PVP dopada con yodo mostró las mejores propiedades antibacterianas frente a E. coli y S. aureus , el PVP dopado con PVPI ocupando el segundo lugar y el PVB / PVPI en último lugar. Las buenas propiedades antibacterianas aseguraron que las mallas fibrosas electrohiladas a base de yodo pudieran usarse para la cicatrización de heridas contra infecciones bacterianas de la herida. Además, se puede esperar que cuanto mayor sea la concentración de los antibacterianos adicionales, mejores serán las propiedades antibacterianas de las mallas. En consecuencia, se pueden obtener fácilmente mejores propiedades antibacterianas agregando más yodo o PVPI en sus soluciones.

La actividad antibacteriana de las membranas recién hiladas contra E. coli y S. aureus

Aplicaciones in situ

Se cree que el apósito para heridas in situ beneficiará su eficacia debido a una superioridad adicional, como la adaptabilidad sin arrugas ni estrías en el lecho de la herida, la facilidad de aplicación y la mejora del cumplimiento y la comodidad del paciente [39]. En consecuencia, el electrohilado in situ se considera un concepto útil para producir sustitutos adecuados para la reparación de tejidos y la cicatrización de heridas directamente sobre la lesión del paciente, independientemente del tamaño y la profundidad de la herida [18, 34, 35, 40, 41]. Como se muestra en la Fig. 7a, b, las mallas fibrosas a base de yodo se pueden electrohilar in situ sobre la "mano lesionada" mediante el dispositivo HHE-1 y formar una película delgada en la superficie de la piel como una segunda capa de piel debido a las fuerzas de atracción electrostática. La membrana fibrosa electrohilada de PVP-I muestra buena flexibilidad y compacidad y se puede quitar fácilmente si es necesario (ver Fig. 7c, d). Los detalles más vívidos del electrohilado in situ del apósito para heridas PVP-I se pueden encontrar en el archivo adicional 1:Video S1 y S2 y Figura S2.

Aplicaciones in situ del aparato de mano y de las esteras fibrosas electrohiladas a base de yodo. Con el HHE-1, uno puede fácilmente colocar PVP / I a base de yodo electrohilado in situ en la "mano lesionada" ( a - b ), las alfombrillas electrohiladas se pueden quitar fácilmente del "lecho de la herida" ( c - d )