一种具有光动力抗菌和荧光示踪功能的仿肌腱层级螺旋发光缝合线及其制备方法与应用

本发明属于生物医用材料，具体涉及一种具有光动力抗菌和荧光示踪功能的仿肌腱层级螺旋发光缝合线及其制备方法与应用。

背景技术：

1、术后伤口管理在很大程度上依赖于外科缝合线，这是使用最广泛的医疗器械之一，在几乎所有外科手术中，它在组织对合、止血和伤口愈合方面都发挥着至关重要的作用。传统缝合线，无论是非可吸收型（如尼龙、聚丙烯）还是可吸收型（如聚乳酸），其抗菌保护作用有限，且一旦埋入组织内部便无法提供视觉反馈。虽然已尝试通过表面涂覆抗生素或金属基制剂来降低感染风险，但此类方法存在药物释放不可控、潜在耐药性及生物安全隐患等问题。同样，术后对缝线状态的评估依赖于敏感性较低的间接临床体征或影像学检查，往往导致缝线断裂或伤口裂开的发现延迟。现有抗菌缝合线多采用表面涂层（抗生素、银离子等），存在释放不可控、易产生耐药性及潜在生物毒性等问题。因此，开发一种既能主动抗菌、又能实现皮下动态追踪的多功能智能缝合线具有重要意义。

2、尽管数十年来材料创新层出不穷，从天然纤维（丝绸、羊肠线）到合成聚合物（尼龙、聚乳酸、 聚（羟基乙酸）），但两大顽固挑战仍持续限制其临床疗效：由细菌附着和定植引起的手术部位感染，以及无法在愈合期间无创监测皮下缝线的完整性，特别是因降解或机械失效导致的继发性伤口裂开风险。缝线，尤其是多股缝线，为细菌附着和生物膜形成提供了有利的表面，导致细菌持续定植，从而抵抗宿主防御机制和全身性抗生素。金黄色葡萄球菌（包括mrsa）和大肠杆菌等病原体可沿缝线路径增殖，引发剧烈炎症，延缓伤口愈合，严重时会导致缝线失效和伤口裂开。尽管已探索过在缝线表面涂覆抗生素或银纳米颗粒的方法，但这些方法存在活性持续时间有限、可能促进抗菌药物耐药性以及潜在局部毒性等问题。此外，一个常被忽视的挑战是，在皮下植入后无法无创监测缝线的完整性和降解状态。一旦埋入组织深处，传统缝线便不可见，临床医生无法直接评估缝线的连续性、断裂情况或降解动力学。这一“盲期”带来重大风险：未被察觉的缝线断裂或机械完整性的过早丧失，可能导致继发性伤口裂开、出血或延迟再手术-这些并发症在深部或微创手术中尤为棘手。当前的成像技术（如超声、ct）对比度不足，无法可靠地显示细小的缝线纤维，且尚无实时、对患者友好的方法来追踪术后缝线状态。因此，一种既能预防术后感染（ssis），又能实现皮下动态追踪的缝线，将标志着术后伤口管理领域的重大进步。

3、此外，现有的一些胶原基生物缝合线，多采用分子级溶解的胶原蛋白或明胶作为基质，由于破坏了天然胶原的介观尺度组装结构，导致其机械强度极低、降解过快，无法满足高张力组织的缝合要求。近期研究发现，保留天然胶原介观尺度纤维组装结构的胶原聚集体（cas）可作为构建单元，通过湿法纺丝制备具有优异力学性能的胶原纤维，其断裂强度和韧性显著优于传统溶解胶原纺丝纤维（“robust collagen filaments with alignedmesoscale aggregates as building blocks for surgical sutures”，journal ofcolloid and interface science，jiaqi li et al.10.1016/j.jcis.2025.139751）。这一发现为高性能胶原基缝合线的开发提供了新思路。

4、综上所述，现有技术（如表面涂层缝合线及传统胶原基缝合线）主要存在以下三大亟待解决的技术问题：一是传统抗菌手段高度依赖抗生素或金属离子释放，不可控且极易诱发细菌耐药性与局部组织毒性；二是缝线植入皮下深处后即进入“视觉盲区”，在愈合期间无法通过无创手段对缝线的降解动力学和机械完整性进行实时动态监测，隐匿性伤口裂开风险极高；三是现有的胶原基材料在制备过程中往往破坏了天然胶原纤维的介观尺度组装结构，导致其力学强度极低、降解过快，根本无法满足高张力组织的缝合与承载需求。

5、因此，开发一种兼具抗菌治疗、组织修复促进和皮下可视化监测功能的新型智能缝合线具有重要意义。

技术实现思路

1、针对现有缝合线无法同时实现非抗生素依赖的光动力抗菌、皮下荧光示踪动态监测以及高张力组织适配性缝合的技术问题。针对现有缝合线在临床应用中面临的“抗菌易耐药、皮下不可见、高张力适配性差”这一系列技术缺陷，本发明旨在提供一种具有光动力抗菌和荧光示踪功能的仿肌腱层级螺旋发光缝合线及其制备方法与应用。本发明仿肌腱层级螺旋发光缝合线集光动力非抗生素靶向抗菌、皮下原位荧光动态示踪以及高强韧仿生力学于一体，通过引入具有聚集诱导发光（aie）特性的光敏剂以实现无创监测与光动力杀菌，同时采用保留天然介观尺度的胶原聚集体（cas）结合层级螺旋加捻工艺重塑仿生结构，攻克了传统智能缝合线功能单一且力学羸弱的技术瓶颈。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、第一方面，本发明提供一种聚集诱导发光（aie）光敏剂，具有以下结构式：

4、。

5、所述光敏剂为具有给体-π-受体结构的化合物。该结构设计促进了分子内的电荷转移效应，提高了系间窜越效率，从而提高活性氧的量子产率，同时d-π-a骨架的扭曲构象有效抑制了浓度猝灭现象，使光敏剂在固态聚集状态下仍保持高荧光量子产率和活性氧生成能力，确保缝合线在体内复杂环境中具有稳定可靠的光动力性能。

6、第二方面，本发明提供一种仿肌腱层级螺旋发光缝合线，所述缝合线的材料包含所述的聚集诱导发光（aie）光敏剂。

7、所述缝合线由多根初生纤维经加捻形成螺旋纤维束结构；所述初生纤维的材料还包括胶原聚集体和聚乙烯醇；所述胶原聚集体为保留了天然肌腱介观尺度纤维组装结构的胶原纤维聚集体。采用保留天然介观尺度结构的胶原聚集体而非分子态胶原，解决了传统溶解胶原力学性能差的问题；多根初生纤维加捻形成的螺旋束结构模拟了天然肌腱的层级构型，显著增强了纤维间结合力和载荷传递效率，使缝合线兼具高强度和良好的柔韧性，能够满足高张力组织的缝合需求。

8、所述初生纤维中聚乙烯醇与胶原聚集体的体积比为1~2:1；所述螺旋纤维束结构中初生纤维的加捻根数为20-40根。

9、优选地，所述初生纤维中聚乙烯醇与胶原聚集体的体积比为2:1，所述螺旋纤维束结构中初生纤维的加捻根数为30根。30根加捻后拉伸强度达到单根纤维的5.45倍，既保证了缝合线的力学可靠性，又控制了线径尺寸以适用于临床缝合操作。

10、第三方面，本发明提供所述的一种仿肌腱层级螺旋发光缝合线的制备方法，包括以下步骤：

11、步骤s1：将动物肌腱脱脂、切割、经酸处理后匀浆，得到胶原聚集体分散液；

12、步骤s2：将聚乙烯醇溶液与所述胶原聚集体分散液混合，加入权利要求1或2所述的聚集诱导发光光敏剂，搅拌均匀后脱泡，得到纺丝原液；

13、步骤s3：将所述纺丝原液挤出至凝固浴中进行相分离和固化，经牵伸、洗涤、干燥，得到初生纤维；

14、步骤s4：将所述初生纤维进行加捻、合股，形成螺旋纤维束结构，即得所述缝合线。

15、步骤s2中，聚乙烯醇溶液与所述胶原聚集体分散液的体积比为1~2:1，聚集诱导发光光敏剂在纺丝原液中的浓度为2 mm。

16、步骤s3中，凝固浴为60~90℃的饱和硫酸钠溶液。

17、优选地，凝固浴为70℃的饱和硫酸钠溶液。

18、步骤s4中，加捻根数为20～40根，加捻速度为20~30 rpm。

19、优选地，加捻根数为30根，加捻速度为25 rpm

20、第四方面，本发明提供所述的聚集诱导发光光敏剂或所述仿肌腱层级螺旋发光缝合线在制备手术缝合材料中的应用。

21、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

22、本发明提供的聚集诱导发光光敏剂，创新性地采用了给体-π-受体（d-π-a）构型。该特定的扭曲骨架结构不仅彻底克服了传统荧光染料的聚集猝灭（acq）效应，实现了在固态或聚集态下的显著荧光增强（即aie特性）；更关键的是，其d-π-a结构有效促进了分子内电荷转移（ict）并显著提升了系间窜越（isc）效率，从而极大提高了活性氧（ros）的量子产率。这使得该光敏剂在缝合线的固态基质中，既能稳定发射高对比度的明亮荧光，又具备极高的光激发产生活性氧的能力，从底层分子设计上为缝合线同时实现皮下示踪与高效光动力抗菌提供了核心功能材料基础。

23、本发明提供的仿肌腱层级螺旋发光缝合线，将aie光敏剂引入缝合线材料体系中，使缝合线在继承光敏剂荧光特性和光动力活性的同时，实现了抗菌功能和示踪功能的有机融合，无需抗生素即可在光照下产生活性氧杀灭细菌，避免了耐药性问题，同时赋予缝合线皮下可视化追踪能力，突破了传统缝合线功能单一的局限。

24、本发明提供的一种仿肌腱层级螺旋发光缝合线的制备方法，通过“胶原聚集体提取-纺丝原液配制-湿法纺丝-加捻组装”四步工艺，实现了大分子基质与小分子光敏剂的完美融合。其中，湿法纺丝工艺不仅精准保留了胶原聚集体的天然介观结构完整性，还有效确保了aie光敏剂在初生纤维基质中的均匀掺杂与稳固包裹，既诱导其形成固态聚集以激活强烈的aie发光效应，又避免了光敏剂在体液环境中的突释外渗；随后的加捻组装步骤深度模拟天然肌腱的螺旋层级构型，将数十根初生纤维紧密聚集，显著提高了纤维间的载荷传递效率，使其抗张强度产生量级跃升（如30根加捻的抗张强度可达211 mpa以上），使最终缝合线兼具结构仿生特性和优异力学性能。

25、本发明提供的聚集诱导发光光敏剂或仿肌腱层级螺旋发光缝合线在制备临床手术缝合材料中的应用，成功构建了集“高强承载-主动抑菌-智能示踪”于一体的伤口精细化管理体系。aie光敏剂赋予的非抗生素依赖型光动力抗菌与无创透皮荧光示踪能力，配合胶原聚集体（cas）与pva复合仿生螺旋结构所带来的卓越抗张强度，使得该缝合线不仅能够完美胜任高张力组织的缝合任务，其约30-35天的可控降解周期更与人体皮肤创口的自然愈合进程高度适配。三者的深层协同使其特别适用于mrsa等耐药菌感染风险极高且极易发生隐匿性伤口裂开的复杂外科手术场景，为临床医生提供了一种能够实时、原位评估深部伤口愈合状态的智能化医疗器械方案，有助于早期发现伤口裂开风险。