萜品烯-4-醇/β-环糊精液体创可贴的控释性能与抗菌效果

《ACS Omega》：Controlled Release and Antibacterial Performance of Terpinen-4-ol/β-CD Liquid Bandages

本研究通过β-CD包合单萜醇T-4-ol，开发出兼具抗菌活性与可控释药的PVA/PAA液体敷料。实验表明，PVA与包合物的氢键作用更强，形成稳定复合物，使药物在pH 6.8-7.4环境中可持续释放12小时以上，且对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌效果显著，同时无细胞毒性，具备良好的生物相容性。分子动力学模拟证实PVA链与包合物的相互作用密度（135.37±24.18）显著高于PAA链（56.69±12.94），为优化聚合物配比提供理论依据。

　　### 液体敷料与T-4-ol/β-CD复合物的开发与应用

液态敷料作为一种初步治疗手段，被广泛用于保护伤口免受环境污染物的影响，并降低感染风险。其主要功能在于为伤口提供一个稳定的屏障，同时能够促进愈合过程。然而，许多市售的液态敷料在药物输送方面存在一定的局限性，例如其成分可能对敏感皮肤产生刺激性，或者药物释放不够稳定，无法实现持续、可控的释放效果。为了克服这些挑战，研究者开发了一种新的液态敷料，其中加入了由β-环糊精（β-CD）形成的T-4-ol/β-CD复合物，以增强其治疗效果。这一研究不仅关注了T-4-ol作为活性成分的潜力，还探讨了其与β-CD之间的非共价相互作用，以及这种相互作用如何影响液态敷料的物理化学性质和药物释放行为。

#### T-4-ol的特性与挑战

T-4-ol是一种主要存在于茶树油中的天然化合物，因其广谱抗菌活性、抗生物膜形成能力、抗炎特性以及促进伤口愈合的潜力而受到关注。然而，T-4-ol在实际应用中存在一些限制，例如其高挥发性、较低的水溶性和对光的敏感性。这些特性使得T-4-ol在某些治疗系统中难以保持稳定的浓度，进而影响其疗效。为了解决这些问题，研究者采用β-CD作为宿主分子，通过共沉淀法形成T-4-ol/β-CD复合物，从而提升其在水性环境中的溶解度和稳定性。β-CD的环状结构能够包裹T-4-ol等疏水性分子，增强其在水中的分散性，同时减少其挥发和降解的风险。

#### 液态敷料的构建与优化

在液态敷料的构建过程中，研究者结合了PVA和PAA两种聚合物。PVA是一种具有良好生物相容性、粘附性和机械强度的聚合物，而PAA则因其pH响应性被引入，以实现药物的可控释放。PVA与T-4-ol/β-CD之间的相互作用更为显著，表现为更强的氢键形成和原子接触，这表明PVA能够更有效地包裹和保留活性成分。而PAA则表现出较弱的相互作用，这使其在特定条件下（如pH变化）能够实现pH依赖性的药物释放，从而在伤口愈合的不同阶段提供更灵活的治疗策略。

通过实验和计算模拟相结合的方法，研究者对T-4-ol/β-CD复合物与PVA和PAA之间的相互作用进行了深入分析。分子动力学（MD）模拟结果显示，PVA能够更稳定地与T-4-ol/β-CD相互作用，而PAA则在某些条件下表现出更高的释放能力。这种结合使得液态敷料在保持活性成分稳定的同时，还能根据环境条件（如pH值或湿度）调整药物释放速率，从而实现更精准的治疗效果。

#### 药物释放机制与性能评估

在药物释放方面，研究者采用了多种数学模型，包括Korsmeyer–Peppas模型、Higuchi模型、零阶模型和一级模型，以分析T-4-ol/β-CD在液态敷料中的释放行为。结果显示，Korsmeyer–Peppas模型与实验数据最为吻合，表明药物释放主要由扩散和侵蚀两种机制共同驱动。此外，实验表明，T-4-ol/β-CD在液态敷料中能够持续释放超过12小时，这表明该复合物在液态敷料中的稳定性得到了显著提升。

在释放条件方面，温度和湿度的变化对药物释放速率有显著影响。当环境温度升高或湿度增加时，药物释放速率加快，这可能是由于聚合物链的膨胀和扩散能力的增强所致。此外，pH值的变化也对药物释放行为产生影响，尤其是在PAA的存在下，碱性环境能够促进其链的扩展，从而加快药物的释放。这一特性使得液态敷料能够根据伤口所处的微环境动态调整药物释放行为，实现更精准的治疗效果。

#### 抗菌活性与生物相容性评估

在抗菌活性方面，液态敷料表现出显著的抗菌效果，能够有效抑制革兰氏阳性菌（如金黄色葡萄球菌）和革兰氏阴性菌（如大肠杆菌）的生长。实验结果表明，即使在较短的接触时间内，液态敷料也能显著降低细菌数量，表明其具备良好的杀菌和杀菌能力。这一效果与T-4-ol/β-CD的持续释放特性密切相关，因为T-4-ol能够穿透细菌细胞膜，干扰其代谢过程，最终导致细胞死亡。

在生物相容性方面，研究者使用MTT法评估了液态敷料对L-929成纤维细胞的影响。结果显示，液态敷料在0.5、5和10 mg/mL浓度下均未表现出细胞毒性，细胞存活率超过100%，表明其具有良好的生物相容性。相比之下，市售液态敷料则表现出一定的细胞毒性，细胞存活率低于80%。这表明，通过引入T-4-ol/β-CD复合物，新的液态敷料在保持抗菌活性的同时，也能够促进细胞代谢和组织再生，从而提高其整体治疗效果。

#### 结构特性与物理性能分析

液态敷料的物理性能，如机械强度、弹性、膨胀性和水蒸气透过率（WVTR），在研究中得到了全面评估。结果显示，PVA/PAA复合物具有更高的机械强度和弹性，能够有效增强液态敷料的耐用性和柔韧性。同时，液态敷料在不同湿度条件下表现出不同的膨胀行为，这可能与其分子结构和相互作用有关。在较高湿度下，聚合物链的膨胀和水分子的渗透增加了其吸水能力，进而影响其物理性能。此外，水蒸气透过率的测试结果表明，T-4-ol/β-CD的引入能够显著降低水蒸气的透过率，这可能是由于其增强了分子排列的紧密性，从而减少了水分的流失。

在结构特性方面，X射线衍射（XRD）分析显示，T-4-ol/β-CD的引入能够提高PVA/PAA复合物的结晶度，表明其能够增强聚合物之间的相互作用。扫描电子显微镜（SEM）图像进一步证实了T-4-ol/β-CD在液态敷料中的均匀分布，以及其与聚合物基质的紧密结合。这些结果表明，T-4-ol/β-CD不仅能够提升液态敷料的物理性能，还能改善其结构稳定性，从而提高其在实际应用中的可靠性。

#### 计算模拟与分子相互作用分析

为了更深入地理解T-4-ol/β-CD与PVA和PAA之间的相互作用，研究者采用了分子动力学（MD）模拟。模拟结果显示，PVA与T-4-ol/β-CD之间形成了更稳定的氢键和原子接触，这表明PVA在液态敷料中具有更高的亲和力。而PAA由于其带负电的特性，表现出较低的相互作用能力，这可能是由于其在特定条件下发生电荷排斥，导致结构变化和药物释放行为的动态调整。

此外，计算模拟还揭示了T-4-ol/β-CD在不同浓度下的行为变化。随着T-4-ol/β-CD浓度的增加，其在液态敷料中的扩散和释放行为发生变化，但整体仍保持较高的稳定性。这些结果与实验数据相吻合，表明T-4-ol/β-CD在液态敷料中的行为受到聚合物基质的影响，而PVA和PAA的协同作用能够实现更精确的药物释放控制。

#### 研究的意义与未来方向

本研究的成果表明，通过将T-4-ol与β-CD形成复合物，并将其引入PVA/PAA液态敷料中，可以显著提升其抗菌活性、药物释放性能和生物相容性。这种新型液态敷料不仅能够提供更持久的治疗效果，还能根据伤口的微环境调整药物释放速率，从而实现更精准的治疗。此外，其良好的生物相容性使其成为一种潜在的天然药物输送系统，能够在不产生细胞毒性的情况下促进组织再生。

尽管本研究取得了显著进展，但其局限性在于尚未进行体内或体外的动物实验以验证其实际疗效和安全性。因此，未来的研究可以进一步探索该液态敷料在体外伤口模型和动物实验中的表现，以评估其在实际临床应用中的潜力。同时，还可以考虑其他天然成分的引入，以进一步优化其治疗效果和生物相容性。

综上所述，这项研究为液态敷料的开发提供了新的思路，即通过将天然活性成分与聚合物基质结合，实现更高效、更安全的药物输送系统。这种新型液态敷料在抗菌、药物释放和生物相容性方面表现出色，有望成为未来伤口护理领域的重要创新。