《Nanoscale Advances》：Silica meets flavonoid: zwitterionic silica–quercetin nanocarriers embedded in electrospun fibers for wound healingOpen Access
编辑推荐：
二氧化硅基纳米材料在生物医学领域应用广泛；然而，实现稳定的生物活性功能化并在单一材料中整合多种治疗功能仍是重要挑战。在此，研究人员报道了负载槲皮素（Q）的多功能两性离子接枝二氧化硅纳米颗粒（Zw-SiNPs@Q）的制备，并将其掺入电纺聚乙烯醇/聚丙烯酸（PVA
二氧化硅基纳米材料在生物医学领域应用广泛；然而，实现稳定的生物活性功能化并在单一材料中整合多种治疗功能仍是重要挑战。在此，研究人员报道了负载槲皮素（Q）的多功能两性离子接枝二氧化硅纳米颗粒（Zw-SiNPs@Q）的制备，并将其掺入电纺聚乙烯醇/聚丙烯酸（PVA–PAA）纳米纤维中，以构建生物活性杂化伤口敷料。该方法的特点在于以Zw接枝SiNPs作为中间纳米工程化界面，在将其掺入电纺基质之前用于Q的固定化，而非将生物活性分子直接与聚合物共混。两性离子聚合物链通过自由基共聚共价接枝到SiNPs表面，随后进行Q功能化。结构与组成分析证实了逐步表面修饰的成功，同时保持了纳米颗粒形貌。所得Zw-SiNPs@Q/PVA–PAA纳米纤维在72 h内表现出持续且浓度依赖性的Q释放，无明显突释效应，凸显了纳米工程化界面作为局部延长Q递送储库的能力。该杂化纳米纤维表现出强抗氧化活性和对大肠杆菌（E. coli）与金黄色葡萄球菌（S. aureus）的浓度依赖性抗菌效应，在退火前样品中观察到完全细菌抑制。该材料还表现出优异的细胞相容性，在L929成纤维细胞中维持>80%的活力。在脂多糖（LPS）诱导的炎症模型中，Zw-SiNPs@Q3.2/PVA–PAA纳米纤维显著下调促炎细胞因子（IL-6、TNF-α、IFN-γ），同时上调IL-10和TGF-β，表明向促消退微环境的转变。划痕伤口愈合实验进一步显示伤口闭合加速，72 h时伤口间隙缩小至约30%，而对照组约为60%。通过整合两性离子纳米工程化界面与持续Q递送、抗氧化活性和免疫调节效应，本研究构建了一个多功能纳米纤维平台，针对与伤口愈合相关的生物学过程。这些发现确立了Zw-SiNPs@Q/PVA–PAA纳米纤维作为先进伤口管理和组织修复应用中有前景的生物活性界面。
**研究背景** 二氧化硅纳米颗粒（SiNPs）因化学稳定性好、生物相容性优异、表面易功能化而广泛用作生物活性分子的载体，但其固有磨蚀性及表面相关相互作用限制了直接应用，需进行表面改性。聚磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯（PSBMA）等两性离子聚合物可形成水化刷层，赋予抗污染、减少蛋白吸附等特性，但单独两性离子修饰并不必然提供杀菌或抗氧化活性，需与生物活性剂结合。槲皮素（Q）作为天然黄酮类化合物具有抗氧化、抗菌和治疗特性，但直接掺入聚合物基质常导致稳定性差和分布不均。电纺纳米纤维因比表面积大、多孔结构及仿细胞外基质（ECM）特征而适于伤口敷料，但生物活性分子在聚合物表面的稳定性、纳米颗粒在基质中的均匀分散以及两性离子涂层在电纺纳米纤维系统中的系统研究仍有限。为此，研究人员提出层级纳米工程化策略：先对SiNPs进行两性离子表面改性，再将Q固定在改性纳米颗粒上，最后将Zw-SiNPs@Q掺入热交联电纺PVA/PAA基质，构建兼具持续递送与多种生物学功能的多功能平台。
**关键技术方法** 研究人员采用溶胶–凝胶法合成SiNPs；以偶氮二异丁腈（AIBN）为引发剂，通过自由基共聚将DMAPS接枝到SiNPs表面制得Zw-SiNPs；将Q溶于乙醇与Zw-SiNPs混合、蒸发溶剂制得Zw-SiNPs@Q；将该纳米载体以不同含量（0.5–3.2% w/w）分散于PVA–PAA共混液，经电纺（16 kV、流速1.8 mL h?1、接收距离14 cm）制得纳米纤维，并于135 °C退火2 h实现热交联。表征手段包括SEM、TEM、EDX、FTIR、XRD、TGA/DSC、溶胀与水解降解测试及UV–vis测定Q释放；生物学评价采用平板计数法测抗菌、ABTS法测抗氧化、MTT法测L929细胞相容性、qRT-PCR测炎症基因表达及划痕实验测细胞迁移。
**研究结果**
*3.1 Zw-SiNPs@Q的形貌、结构与热学表征* 通过SEM/TEM、EDX、FTIR、XRD和TGA证实了逐步表面修饰：颗粒保持球形，粒径由SiNPs的180 ± 13 nm增至Zw-SiNPs的202 ± 16 nm、Zw-SiNPs@Q的185 ± 15 nm；EDX显示碳含量由接枝后26.9 wt%增至Q功能化后56.2 wt%；FTIR出现酯羰基、磺酸基、季铵及Q特征峰；XRD显示无定形晕环及Q相关衍射信号；TGA显示Zw-SiNPs@Q多阶段失重，证实Q掺入，估算接枝密度约0.3–1.0 chains per nm2。
*3.2 Zw-SiNPs@Q/PVA–PAA纳米纤维的形貌、热学与结构表征* SEM显示各负载量纤维均匀、连续、无珠串，退火前平均直径85 ± 25至96 ± 22 nm；TGA显示T50由366.42 °C升至377.58 °C、600 °C残炭由10.59%升至16.04%，热稳定性随负载量提高；FTIR证实退火后PVA羟基与PAA羧基形成分子间酯键交联，Q特征峰在退火后仍保留。溶胀测试显示Zw-SiNPs@Q1.6/PVA–PAA溶胀率最高，3.2 wt%时因物理交联增强而下降；水解降解较对照最大降低约56.5%；Zw-SiNPs的Q包封率为20.4 ± 4.6%、载药量为39.5 ± 8.4%；释放实验显示72 h持续、浓度依赖性释放且无突释，Zw-SiNPs@Q3.2/PVA–PAA累积释放达865.6 ± 50.4 μg，约为0.5%配方的5倍；退火前含≥0.5% Zw-SiNPs@Q的纤维抗氧化活性近95–100%，退火后高负载量仍保持活性；退火前纤维对E. coli和S. aureus完全抑制，退火后呈浓度依赖性且对S. aureus更显著，体现热交联稳定性与生物活性可及性之间的权衡。
*细胞相容性、抗炎与伤口愈合评价* MTT显示所有材料在24、48、72 h均维持L929细胞活力>80%。LPS诱导炎症模型中，Zw-SiNPs@Q3.2/PVA–PAA显著下调IL-6、TNF-α、IFN-γ并上调IL-10和TGF-β，提示向促消退、组织修复微环境转变。划痕实验中72 h伤口间隙降至约30%（对照约60%），表明成纤维细胞迁移与伤口闭合显著增强。
**讨论与结论** 讨论部分指出，该系统的生物学效应源于Q介导的抗氧化与抗炎活性、两性离子表面调节蛋白吸附与细菌黏附，以及纳米纤维基质的结构效应等多重机制共同作用，而非单一组分。结论部分译为：本研究通过将两性离子聚合物链接枝到二氧化硅纳米颗粒、在改性纳米颗粒上固定槲皮素（Q），并将所得Zw-SiNPs@Q纳米载体掺入热交联PVA–PAA电纺纳米纤维，构建了层级纳米纤维平台。接枝产率为20.44–48.2%，平均粒径由SiNPs的180 ± 13 nm变为两性离子改性后的202 ± 16 nm及Q功能化后的185 ± 15 nm；纳米纤维呈连续无珠形貌，平均直径85 ± 25至96 ± 22 nm。Zw-SiNPs@Q的掺入改善了基质的理化与功能性能：3.2 wt%时T50由366.42升至377.58 °C，600 °C残炭由10.59%升至16.04%，水解降解较对照降低约56.5%；包封率20.4 ± 4.6%、载药量39.5 ± 8.4%；纳米纤维提供长达72 h的持续、浓度依赖性Q释放且无突释，累积释放由172.5 ± 23.6 μg增至865.6 ± 50.4 μg（约5倍）。材料具多功能生物活性：退火前Zw-SiNPs@Q0.5/PVA–PAA的ABTS清除率达99.04 ± 0.34%，退火前配方完全抑制E. coli与S. aureus；退火后抗氧化与抗菌活性呈纳米载体含量依赖性；所有材料维持L929细胞活力>80%达72 h；Zw-SiNPs@Q3.2/PVA–PAA通过抑制IL-6、TNF-α、IFN-γ并提高IL-10、TGF-β减轻LPS诱导炎症，伴随成纤维细胞迁移增强，划痕实验中72 h残余伤口间隙降至约30%（对照约60%）。两性离子纳米工程化界面、持续Q递送与交联纳米纤维框架的层级整合，提供了兼具抗氧化、抗菌、免疫调节与伤口愈合特性的多功能平台，展示了纳米–生物界面工程在先进伤口管理与组织修复中的应用潜力。
