In-situ-Elektrospinnen von iodhaltigen faserigen Matten für fortschrittliche antibakterielle Wundauflagen

Zusammenfassung

Wir demonstrieren das erste handgeführte, in-situ Elektrospinnen von iod-beladenen Poly(vinylpyrrolidon) (PVP) und Poly(vinylbutyral) (PVB) Lösungen, wodurch faserige Matten entstehen, die hohe Porosität, exzellente Gasdurchlässigkeit und potente antibakterielle Aktivität vereinen. Rasterelektronenmikroskopie (REM) bestätigt glatte, gleichmäßige Fasern, deren Durchmesser mit höherem Iodgehalt abnimmt. Energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX) und Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie (FTIR) verifizieren die Anwesenheit von Iod ohne Veränderung der Polymerchemie. Die resultierenden Matten zeigen niedrige Kontaktwinkel (<20°) und Luftdurchlässigkeit bis zu 324 mm s⁻¹, was herkömmliche Wundauflagen übertrifft. Antibakterielle Tests gegen E. coli und S. aureus zeigen klare Hemmzonen, mit der höchsten Aktivität in 5 % iod-dotiertem PVP. Wichtig ist, dass das handgeführte Gerät die direkte Applikation auf unregelmäßige Wundbetten ermöglicht und eine flexible, patientenfreundliche Auflagenlösung bietet.

Hintergrund

Elektrogesponnene nanofasrige Membranen sind der Goldstandard in der Wundversorgung, da ihre nanoskalige Architektur die extrazelluläre Matrix nachahmt, Hämostase, Gasaustausch und narbenfreie Heilung fördert. PVP und PVB werden für ihre Biokompatibilität, Löslichkeit und geringe Toxizität geschätzt, was sie zu idealen Substraten für Wundauflagen macht. Iod und sein Komplex mit PVP (PVPI) werden seit langem als Breitband-Antiseptikum eingesetzt. Traditionelle PVPI-basierte Auflagen erfordern jedoch vorgefertigte Matten, die zugeschnitten oder erneut aufgebracht werden müssen, was potenziell zusätzlichen Trauma verursacht. In-situ-Elektrospinnen eliminiert diesen Schritt, indem die Auflage direkt auf die Wunde aufgebracht wird.

Materialien & Methoden

• Polymere: PVP (250 kDa, 13 Gew.-% in Ethanol) und PVB (100 kDa, 10 Gew.-% in Ethylalkohol).
• Iod-Beladung: 1 %, 2 % und 5 % (Gew.-%) Iod oder PVPI in die Polymerlösungen gelöst. Lösungen ≥24 h vor Gebrauch gerührt.
• Gerät: Handgeführtes Elektrospinn-Gerät (HHE-1) mit fester 10 kV, Düsendurchmesser 0,1 mm, Sammlerabstand 8 cm.
• Charakterisierung: REM (Phenom ProX, 10 kV) nach Goldbedampfung; EDX für elementare Kartierung; FTIR (Thermo Nicolet iN10); Kontaktwinkel via 2 µL simulierter Körperflüssigkeit (SBF); Luftdurchlässigkeit (Textest FX3300, 200 Pa); Porengröße (PSM 165); antibakterielle Zonen gegen E. coli (ATCC 10536) und S. aureus (ATCC 25923).

Ergebnisse & Diskussion

Fasermorphologie

REM-Bilder zeigen glatte, fehlerfreie Fasern. Nur-Iod-dotierte PVP-Fasern zeigen eine progressive Reduktion des mittleren Durchmessers von 1,2 µm (0 %) auf 0,6 µm (5 %), zurückzuführen auf erhöhte Lösungsleitfähigkeit. Im Gegensatz dazu weisen PVPI-dotierte PVP- und PVB-Fasern einen leichten Durchmesserrückgang mit höherem PVPI auf, bedingt durch erhöhte Viskosität.

Elementare & Spektroskopische Bestätigung

EDX-Spektren für 5 % Iod/PVPI-Proben zeigen deutliche Iod-Peaks neben dominanten C- und O-Signalen, was erfolgreiche Inkorporation bestätigt. FTIR-Spektren zeigen charakteristische PVP/PVB-Banden (z. B. C=O-Strecken bei ~1720 cm⁻¹) mit vernachlässigbaren Verschiebungen, was anzeigt, dass Iod oder PVPI das Polymerrückgrat nicht stört.

Benetzbarkeit

Alle Matten sind hoch hydrophil; Kontaktwinkel fallen mit steigendem Iod/PVPI-Gehalt unter 20°. PVB-Matten, typischerweise hydrophob, werden nahezu vollständig benetzbar, wenn PVPI 2 % übersteigt, dank des hydrophilen Iodkomplexes.

Luftdurchlässigkeit & Porenstruktur

Luftdurchlässigkeit steigt von 59,9 mm s⁻¹ (reines PVP) auf 324,3 mm s⁻¹ (5 % Iod-PVP). PVPI-dotierte Proben halten Werte über 200 mm s⁻¹. Porengrößen reichen von 1,9 µm bis 9,1 µm, passend zu Hautzelldimensionen und unterstützen optimalen Gasaustausch. Im Vergleich zu kommerziellen Auflagen zeigen die elektrogesponnenen Matten 2- bis 4-fach höhere Durchlässigkeit.

Antibakterielle Aktivität

Klare Hemmzonen erscheinen nur in Iod/PVPI-dotierten Matten. Die 5 % Iod-PVP-Probe zeigt die größten Zonen (~25 mm) gegen sowohl E. coli als auch S. aureus, übertrifft PVPI-dotiertes PVP und PVB/PVPI. Dieser Trend unterstreicht die dosisabhängige antibakterielle Wirksamkeit der eingebrachten Iodspezies.

In-situ-Applikation

Mit dem HHE-1 können Matten direkt auf eine Modellhandwunde aufgebracht werden, wodurch ein anpassungsfähiger, dünner Film entsteht, der via elektrostatischer Anziehung haftet. Das Vlies bleibt flexibel, kann sanft abgezogen und ohne zusätzliche Ausrüstung erneut aufgebracht werden.

Schlussfolgerungen

Die handgeführte In-situ-Elektrospinn-Plattform produziert iod-beladene PVP/PVB-Vliese, die strukturelle Fidelität, überlegene Atmungsaktivität und robuste antibakterielle Wirkung vereinen. Der Ansatz eliminiert die Notwendigkeit vorgefertigter Auflagen und bietet eine anpassbare, minimalinvasive Lösung für die Wundversorgung.