使用基于胶原蛋白的合成皮肤模型研究蓝光LED装置对伤口病原体的抑制作用

我们的研究探讨了405纳米蓝光如何利用基于胶原蛋白的人工皮肤模型安全地抑制伤口病原体。大多数研究采用肉汤培养、琼脂平板或动物模型。我们引入了一种可重现且贴近实际的皮肤模拟平台，用于光疗测试。

首先，获取所需细菌和真菌菌株。挑取单个分离菌落，并将其无菌接种至5 mL胰蛋白胨大豆肉汤中。所有菌株接种完毕后，将培养物进行培养。

在完成所需的孵育时间后，使用无菌 PBS 将浊度调整至抗菌试验所需的 0.5 麦氏浊度标准。接着，取预先制备的基于胶原蛋白的水合合成皮肤切片，每片接种 100 微升微生物悬液。使用无菌涂布棒将悬液均匀涂布于切片表面。

然后将接种后的样品在无菌环境中常温下风干。根据不同的光照条件，将样品分为三个处理组。进行照射时，将蓝色LED光源装置安装在铝制散热片上。

使用经过校准的光功率计在精确的处理平面上测量辐照度。调整探头高度以补偿传感器厚度。然后调节LED的投射距离，使工作辐照度标准化为30毫瓦每平方厘米。

将B组接种后的皮肤样本无菌地放入无盖的无菌培养皿中。将培养皿直接置于蓝光LED下方，照射15分钟，以达到27焦耳/平方厘米的目标能量密度。同样，将C组在UVC光下照射2分钟，以达到3.6焦耳/平方厘米的目标能量密度。

照射后，将处理过的合成皮肤样本转移至含有9毫升pH 7.4磷酸盐缓冲液（PBS）的无菌15毫升离心管中，轻轻涡旋以去除表面附着的微生物。随后对该悬液进行10倍系列稀释。从选定的稀释液中各取100微升接种于琼脂平板上，并将平板进行培养。

孵育期结束后，计数菌落数量并记录菌落形成单位数。使用提供的公式计算微生物减少量。为模拟医院内空气传播暴露，可在受控环境条件下使用定制的丙烯酸气溶胶室。

将无菌琼脂平板放入舱内，以监测微生物沉降活性。随后将无菌皮肤样本置于舱内。使用雾化器将2毫升微生物悬液雾化至舱内，并在20厘米距离处以每平方厘米10微瓦的连续蓝光照射样本30分钟。

对照组则在关闭蓝光设备的情况下重复相同的腔室条件。通过标准平板计数法对样本中的活菌数进行定量分析。进行傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析时，获取合成皮肤样本，并按照制造商的说明进行水合处理。

在无菌表面上将吸水后的样品分为四组。将其中两组样品暴露于波长为405纳米、强度为30毫瓦/平方厘米的蓝光下，一组照射15分钟，另一组照射60分钟。

同样，将两组色卡暴露于波长为265纳米、强度为每平方厘米3毫瓦的UVC光下，其中一组照射15分钟，另一组照射60分钟。照射后，轻轻吸干样品以去除表面水分。采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析样品，以评估其化学和结构变化。

将傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）配置为ATR模式，并准备晶体表面以放置样品。将样品片置于ATR晶体上进行光谱采集。对未处理的对照样品与辐照样品进行直接光谱比较。

接下来，使用未经处理的对照样片作为背景参考，扫描经辐照的样品以获得扣除基线后的光谱。蓝光LED装置在合成皮肤模型上对所有测试的伤口病原体均表现出显著的抗菌效果。平均对数降低值揭示了不同菌种在敏感性上的差异，其中肺炎克雷伯菌对蓝光最为敏感，而金黄色葡萄球菌的降低程度相对较低，但仍具有显著性。

在所有测试菌种中，UVC照射均实现了更高的微生物减少量。蓝光和UVC照射对临床相关细菌病原体表现出广谱抗菌活性，包括大肠杆菌（Escherichia coli）、铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）、金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）和白色念珠菌（Candida albicans）。蓝光照射对所有三种伤口病原体均引起时间依赖性减少，其中大肠杆菌和白色念珠菌失活迅速，而金黄色葡萄球菌则呈现较慢的渐进性下降。

在模拟空气传播污染条件下进一步评估了蓝光的杀菌效果。与未经处理的对照组相比，连续照射显著降低了每种受试物种在合成皮肤表面的微生物沉降量。经基线校正的ATR-FTIR光谱表明，UVC处理减弱了酰胺峰的强度，并增强了碳-氧伸缩振动，反映出胶原蛋白的降解。

相比之下，蓝光照射未引起任何显著的光谱或化学变化。该方法通过测试光疗光源在类皮肤表面的抗菌效果，同时保持胶原蛋白完整性和安全性，从而评估光源性能。本方案中的关键挑战在于维持光源照度的均匀性以及光通量的精确控制，以确保抗菌结果的可重复性。

该方案可拓展应用于生物膜检测、氧化应激分析、下一代光疗设备优化，以及类似新型治疗干预措施的筛选。