《International Journal of Biological Macromolecules》：Functional photo-crosslinked collagen-based hybrid gels with antibacterial and antioxidant properties
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本研究开发了一种光交联的聚乙烯醇-马来酰氯/胶原蛋白凝胶，并负载了Inula viscosa精油。结果表明，该凝胶具有优异的肿胀性（达312%）、降解稳定性（28天水解损失约63-65%）以及显著的抗氧化（80% DPPH清除率）和抗菌活性（对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌抑制圈达13mm）。该材料为多功能创面治疗提供了新策略。
Tu?ba ??M?EK | Fatma Nur PARIN
布尔萨技术大学，研究生教育学院，聚合物材料工程系，布尔萨，16310，土耳其
摘要
本研究开发了用Inula viscosa（艾菊）精油功能化的光交联聚（乙烯醇）-马来酸酐（PVA-MA）/胶原蛋白混合凝胶，作为具有潜在伤口管理应用价值的多功能生物材料平台。核黄素介导的紫外交联使得混合网络的形成成为可能，而精油的受控掺入为调节凝胶的结构、物理化学和生物性能提供了有效手段。傅里叶变换红外光谱（FTIR）和扫描电子显微镜（SEM）分析证实了PVA与马来酸酐的成功交联、胶原蛋白的有效整合以及精油在凝胶基质中的均匀分布。精油的加入显著提高了凝胶的膨胀能力，最高负载配方下的膨胀能力达到了约312%，而28天后的水解质量损失仅限于63–65%，表明网络稳定性得到了改善。气相色谱-质谱（GC–MS）分析确定Inula viscosa精油的主要成分是（?）-α-蒎烯，体外释放研究表明其释放过程呈双相特征，初始释放迅速后持续释放超过48小时。负载精油的凝胶还表现出显著的生物性能提升，具有约80%的DPPH自由基清除活性，并对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有明显的抗菌效果，抑菌圈最大可达13毫米。结果表明，Inula viscosa精油的受控掺入能够同时改善PVA-MA/胶原蛋白混合凝胶的膨胀行为、降解抗性以及双重抗氧化-抗菌功能。这些发现凸显了这种光交联系统作为先进伤口相关应用材料的前景。
引言
伤口愈合是一系列紧密协调的生物事件的过程，包括炎症、细胞增殖和组织重塑。这一过程常常受到细菌定植和过度氧化应激的干扰，这些情况在慢性及感染性伤口中尤为常见。因此，开发能够超越被动覆盖并局部调节伤口环境的敷料材料一直受到持续的研究关注[1]、[2]。水凝胶因其含水的三维网络而特别吸引人，这种网络可以模拟软组织的特性，同时保持湿润的伤口界面。因此，水凝胶在伤口护理、组织工程和药物递送应用中的使用范围不断扩大[3]、[4]。然而，许多合成水凝胶系统在生物上呈惰性，当需要抗菌或抗氧化活性时，必须进行额外的功能化[5]。将合成聚合物与生物活性成分结合的混合设计成为解决这一限制的实用方法，同时仍能控制材料性能[6]。
聚（乙烯醇）（PVA）因其生物相容性、化学稳定性和丰富的羟基而广泛用于生物医学水凝胶中，这些羟基使其能够进一步改性[7]。马来酸酐对PVA的改性引入了乙烯基官能团，从而实现了光交联，并相较于未改性的PVA提高了对膨胀和水解稳定性的控制[8]、[9]。胶原蛋白作为细胞外基质的主要结构蛋白，为伤口愈合提供了重要的生物信号，尤其是在细胞附着和迁移方面[10]。然而，单独基于胶原蛋白的基质通常降解迅速且缺乏足够的结构稳定性。因此，将胶原蛋白与PVA等合成聚合物混合使用，旨在平衡生物相关性和网络稳定性[11]、[12]、[13]、[14]。此外，植物来源的精油作为水凝胶系统中抗菌和抗氧化活性的天然来源也得到了越来越多的研究。多种精油，包括薰衣草油、百里香油、茶树油、牛至油和丁香油，已被纳入基于PVA、明胶和海藻酸盐的聚合物水凝胶中，在体外条件下显示出优异的抗菌性能[15]、[16]、[17]。除了生物效应外，精油的加入还被发现会影响膨胀行为、降解过程和释放动力学，通常导致持续的生物活性而不是快速耗尽。
鉴于大多数精油的疏水性，通常采用乳化辅助方法将其掺入亲水性聚合物网络中。这种策略有助于更均匀地分散油相，并减少挥发性成分的过早损失，这对于维持长期的生物活性至关重要。先前的研究进一步表明，精油的化学组成及其释放行为在决定整体生物性能方面起着关键作用，强调了成分表征和可控释放的重要性[18]、[19]、[20]。Inula viscosa（艾菊）是一种传统上与伤口相关应用相关的药用植物，据报道具有抗菌和抗炎活性[21]、[22]。这些效果通常归因于其富含萜类化合物的精油，这一点通过基于气相色谱-质谱（GC–MS）的成分分析和生物实验得到了证实[23]。尽管有这些发现，但Inula viscosa精油在光交联混合水凝胶系统中的掺入仍受到有限关注，尤其是在使用乳化辅助方法制备的基于PVA的网络中。本研究制备了用Inula viscosa精油功能化的光交联PVA-MA/胶原蛋白混合凝胶，并对其进行了系统表征。研究了精油负载对网络结构、膨胀行为、水解降解、释放特性以及体外抗氧化和抗菌反应的影响。本研究的目的是建立结构-性能-功能之间的关系，并评估这些混合系统在伤口相关应用中的潜在价值，而不仅仅是展示一个完全验证的伤口敷料。
材料
聚（乙烯醇）（PVA，M? = 89.000–98.000 g/mol）、马来酸酐（MA）、N,N′-亚甲基双丙烯酰胺（MBAm）、乙二醇二甲基丙烯酸酯（EGDMA）、核黄素（维生素B?）和Tween 80均购自Sigma-Aldrich（美国密苏里州圣路易斯）。I型胶原蛋白由Nitta Gelatin（Hammadde Sepeti，土耳其）提供。所有试剂均为分析级，使用前未经进一步纯化。Inula viscosa精油来自Juniperus drupacea，来源
Inula viscosa精油的GC–MS成分分析
Inula viscosa精油的化学成分通过GC–MS分析进行了检测，鉴定出的成分及其相对丰度总结在表2中。该精油表现出丰富的萜类化合物特征，单萜烃类是主要成分。在鉴定出的成分中，（?）-α-蒎烯是最丰富的成分，占总组成的59.97%。α-蒎烯的高丰度已被多次报道结论
本研究表明，Inula viscosa精油可以成功整合到紫外交联的PVA-MA/胶原蛋白水凝胶中，而不破坏网络完整性，同时赋予其明确的生物活性。与纯聚合物系统相比，含精油的凝胶在28天内的吸水能力显著提高，降解过程更为稳定。随着精油的加入，生物性能显著提升。抗氧化活性也逐渐增强
CRediT作者贡献声明
Tu?ba ??M?EK：撰写 – 原稿撰写、可视化处理、验证、软件使用、方法设计、研究实施、资金获取、数据分析、数据管理。Fatma Nur PARIN：撰写 – 审稿与编辑、原稿撰写、可视化处理、验证、监督、资源协调、项目管理、方法设计、研究实施、数据分析、概念构思。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。
致谢
本研究由TUBITAK 2209-A (2023)项目资助（项目编号：1919B012219482）。作者感谢U?ur Par?n博士在抗菌分析方面提供的宝贵支持。
