ヨウ素系繊維メッシュのインシチュエレクトロスピニングによる先進抗菌創傷ドレッシング

概要

世界初のハンドヘルド型インシチュエレクトロスピニングにより、ヨウ素担持ポリビニルピロリドン（PVP）およびポリビニルブチラール（PVB）溶液から繊維メッシュを作製し、高多孔性、優れたガス透過性、強力な抗菌活性を兼ね備えた創傷ドレッシングを実現した。走査型電子顕微鏡（SEM）で滑らかで均一な繊維を確認、繊維径はヨウ素含有量増加で減少。エネルギー分散型X線分光（EDS）とフーリエ変換赤外分光（FTIR）でヨウ素存在を検証、ポリマー化学は不変。得られたメッシュは接触角<20°、空気透過率最大324 mm s⁻¹で従来ドレッシングを上回る。E. coliとS. aureusに対する抗菌試験で明確な阻害ゾーン、最高活性は5%ヨウ素ドープPVP。重要なことに、ハンドヘルドデバイスで不規則創傷床へ直接塗布可能、柔軟で患者フレンドリーなドレッシングソリューションを提供する。

背景

エレクトロスピンナノ繊維膜は、ナノスケール構造が細胞外マトリックスを模倣し、止血、ガス交換、瘢痕のない治癒を促進するため、創傷ケアのゴールドスタンダードである。PVPとPVBは生体適合性、溶解性、低毒性で創傷ドレッシング基材に最適。ヨウ素とそのPVP複合体（PVPI）は広域スペクトル消毒剤として長く使用されてきた。しかし従来のPVPIベースドレッシングは事前製造メッシュが必要で、トリミングや再塗布で追加外傷リスクがある。インシチュエレクトロスピニングは、ドレッシングを創傷に直接堆積させることでこの工程を不要にする。

材料と方法

• ポリマー：PVP（250 kDa、エタノール中13 wt%）とPVB（100 kDa、エチルアルコール中10 wt%）。
• ヨウ素負荷：ヨウ素またはPVPIを1%、2%、5%（wt%）ポリマー溶液に溶解。使用前24時間以上攪拌。
• デバイス：ハンドヘルドエレクトロスピニングユニット（HHE-1）、固定10 kV、ノズル径0.1 mm、コレクタ距離8 cm。
• 特性評価：SEM（Phenom ProX、10 kV、金コート後）、EDS元素マッピング、FTIR（Thermo Nicolet iN10）、接触角（2 µL模擬体液）、空気透過率（Textest FX3300、200 Pa）、細孔径（PSM 165）、E. coli（ATCC 10536）とS. aureus（ATCC 25923）に対する抗菌ゾーン。

結果と考察

繊維形態

SEM像で滑らか、欠陥なしの繊維を確認。ヨウ素のみドープPVP繊維は、溶液導電率上昇により平均径が1.2 µm（0%）から0.6 µm（5%）へ漸減。対照的にPVPIドープPVPとPVB繊維は、粘度上昇でPVPI増加に伴いわずかな径増加を示した。

元素・分光学的確認

5%ヨウ素/PVPIサンプルのEDSスペクトルで、優勢なCとO信号に加え明確なヨウ素ピークを観測、ヨウ素の成功導入を確認。FTIRスペクトルでPVP/PVB特性バンド（例：C=O伸縮~1720 cm⁻¹）を示し、無視できるシフト、ヨウ素またはPVPIがポリマーバックボーンを破壊しないことを示す。

濡れ性

全メッシュが高親水性、ヨウ素/PVPI含有量増加で接触角20°未満に低下。通常疎水的なPVBメッシュも、PVPI 2%以上でほぼ完全濡れ性を獲得、親水性ヨウ素複合体の効果。

空気透過率と細孔構造

空気透過率は純PVPの59.9 mm s⁻¹から5%ヨウ素-PVPで324.3 mm s⁻¹へ上昇。PVPIドープサンプルも200 mm s⁻¹以上維持。細孔径1.9–9.1 µm、皮膚細胞寸法と合致し最適ガス交換を支持。市販ドレッシング比2–4倍の透過率。

抗菌活性

明確な阻害ゾーンはヨウ素/PVPIドープメッシュのみに出現。5%ヨウ素-PVPサンプルがE. coliとS. aureus両方に最大阻害ゾーン（~25 mm）示し、PVPIドープPVPとPVB/PVPIを上回る。この傾向は組み込みヨウ素種の用量依存的抗菌効力を裏付ける。

インシチュ塗布

HHE-1使用でモデル手創傷にメッシュを直接堆積、静電吸着で密着する薄膜形成。メッシュは柔軟、優しく剥離可能、追加装置なしで再塗布可能。

結論

ハンドヘルドインシチュエレクトロスピニングプラットフォームが、構造忠実性、優れた通気性、強力な抗菌作用を兼ね備えたヨウ素負荷PVP/PVBメッシュを生成。事前製造ドレッシング不要で、カスタマイズ可能な低侵襲創傷ケアソリューションを提供する。