一、研究背景

细菌感染已成为世界上最严重的健康问题之一它可以诱发许多疾病，如肺炎、脑膜炎、败血症、霍乱、皮肤溃疡和胃癌。特别是伤口由于失去皮肤保护，更容易引起细菌感染。到目前为止，抗生素一直是治疗细菌感染的首选。然而，长期和过量使用抗生素可能会引起严重的副作用因此，以非抗生素的方式开发更高效的抗菌材料势在必行。

光动力疗法（PDT）和光热疗法（PTT）是两种基于光的局部治疗方法，在许多新的抗菌策略中越来越受到关注PTT技术利用光热剂将近红外辐射（NIR）转化为热量，光热剂可以通过破坏细胞膜或使必需的酶和蛋白质失活来杀死细菌PTT具有效率高、可控性好、耐药能力有限等优点因此，一些研究集中在设计新型光热剂以获得有效的抗菌活性。最常用的光热剂是金属，如Au和pt。如Liu等人将CeO2纳米酶与gnr结合，热效应良好。在808 nm辐照下，Au配合物的过氧化物酶样活性显著增强，具有广谱抗菌作用。PDT是一种在适当波长的光能存在下可导致细菌细胞死亡的过程与PTT类似，PDT依赖于光敏剂（ps）的参与用特定波长的激光照射PSs，使其处于单重态激发态。然而，激发态单线态具有简洁的生命；它可以很快回到基态。单线态经过系统间的交叉进入激发态，从而产生治疗效果在这个过程中，会产生活性单线态氧（1O2），对细菌的主要成分造成不可逆转的损害，导致细菌的死亡

随着对PDT和PTT的研究越来越多，目前PDT和PTT的应用还存在一些不足。一方面，反应性单重态氧的产生需要氧气，许多细菌感染，如慢性感染，都发生在缺氧环境中。这意味着在低氧环境中PDT的作用会减弱然而，PTT产生的热效应对细菌的反应特异性较低，特定波长激光对组织的穿透限制了其治疗效果同时，用于光热和光动力治疗的药物往往具有低生物相容性和难以生物降解的特点。此外，一些合成过程复杂的新试剂在进一步开发方面存在困难。

为了克服PDT或PTT单独应用所带来的弊端，人们对PDT与PTT的结合进行了研究原卟啉IX （Protoporphyrin IX, PpIX）是一种广泛应用的PS，在波长为620-630 nm的光源照射下可产生显著的光动力学效应然而，游离PpIX选择性较差，且易产生副作用，如生物相容性和稳定性较低一些研究提出了对PpIX进行修饰的方法，以提高其生物相容性和选择性，增强其光动力抗菌效果在本研究中，我们通过静电纺丝设备将PpIX固定在玉米蛋白上，制备了一种可原位粘附的纤维膜（zein -PpIX），以提高PpIX的生物相容性。玉米蛋白是玉米的主要贮藏蛋白，具有良好的生物可降解性、生物相容性和无毒性。它还具有独特的成膜性能。它含有含硫氨基酸，可以通过二硫键和疏水键连接，促进薄膜的形成。最终，玉米蛋白可以形成坚硬、光滑、疏水和抗菌的膜为了实现PDT和PTT的结合，我们在Zein-PpIX纤维膜上构建了金属多酚网络（MPN）。MPN是多酚的酚羟基与金属离子螯合形成的一种多酚网络结构它在光热效应中起光热剂的作用。具有优异的光热转换能力，能将近红外光能量转化为热能，通过热损伤杀灭细菌此外，它易于合成且具有良好的生物相容性，在抗菌领域引起了广泛的关注。在本研究中，MPN由TA和Fe3+组成。我们以玉米蛋白为底物，在蛋白结构中引入PpIX。然后，我们使用静电纺丝技术将Zein-PpIX编织成纤维结构，最后在纤维表面引入MPN涂层，形成最终膜：MPN@Zein-PpIX。在该体系中，玉米蛋白作为一种优异的成膜高分子材料，与光敏剂PpIX和光热剂MPN配合使用。PTT和PDT结合在一个平台上，PpIX产生单线态氧，MPN在不同波长的光下产生显著的热效应。两者共同发挥抗菌作用。MPN@Zein-PpIX膜为PDT和PTT联合治疗提供了新的思路（图1）。实验表明，MPN@Zein-PpIX膜具有较高的抗菌性能和良好的生物相容性，这保证了MPN@Zein-PpIX膜作为抗菌材料在临床应用中的巨大潜力。

二、摘要

以抗菌为目的，通过静电纺丝设备制备了光热光动力抗菌膜。我们以玉米蛋白为底物，在蛋白结构中引入原卟啉IX （PpIX）。然后，我们使用静电纺丝技术将改性玉米蛋白编织成纤维结构。我们最后在纤维表面引入了一种金属多酚网络（MPN）涂层，形成最终的膜：MPN@Zein-PpIX。然后，我们研究了膜的光热和光动力性能，并用琼脂平板体外计数法评估了其抗菌活性。MPN@Zein-PpIX膜具有良好的单线态产氧性能和良好的光热转化率。此外，由于光热和光动力特性的结合，它在体外表现出良好的抗菌能力。我们的研究为制备具有优异抗菌性能的多功能膜提供了一种简单的方法。我们利用静电纺丝技术将PpIX固定在玉米蛋白上，制备了一种可原位粘附的纤维膜（zein -PpIX），提高了PpIX的生物相容性，MPN使膜表面更亲水，更容易粘附于生物组织。MPN@Zein-PpIX膜为PDT和PTT的结合提供了新的思路，在抗菌应用领域具有很大的应用潜力。

三、结论

本研究提出了一种结合PDT和PTT作为抗菌剂的膜MPN@Zein-PpIX。将光敏剂PpIX与光热转化剂MPN结合，合成方法非常简单。在不同波长的光下，膜表现出良好的单线态产氧和体外光热转化能力。由于PDT和PTT的联合作用，体外抗菌实验表明MPN@Zein-PpIX膜对浮游生物细菌具有优异的抗菌效果。此外，体外细胞毒性实验证明MPN@Zein-PpIX膜具有良好的生物安全性，有望作为一种高效的抗菌敷料。

图1.用于光热和光动力联合抗菌治疗的MPN@Zein-PpIX膜结构示意图。

图2.(A) Zein、(B) Zein-PpIX 和 (C) MPN@Zein-PpIX 膜的扫描电镜图像。图片中的小图表示相应纤维膜直径的统计结果。(D) Zein、(E) Zein-PpIX、(F) MPN@Zein-PpIX 和 (G) MPN 的接触角。