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静电纺丝参数和后处理方法对壳聚糖纳米纤维抗菌性和抗生物膜活性的影响

学术动态    2022-06-15 16:04

DOI: 10.3390/molecules27103343

 

壳聚糖是一种天然生物聚合物,由于其抗菌特性,是制备能够预防微生物感染的生物材料的理想选择。静电纺丝是一种通用的方法,非常适合加工生物聚合物,对其物理化学性质的影响最小。然而,制备参数和后处理工艺会影响生物活性,因此必须进行适当的调整。在这项研究中,使用三氟乙酸和二氯甲烷制备了纳米纤维膜,并对其物理化学和抗菌性能进行了评估。以金黄色葡萄球菌和大肠杆菌为试验菌,在体外广泛研究了此类生物材料作为潜在抗菌剂的用途。抗菌试验表明,在液体培养基中,细菌生长受到抑制,消灭大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的浮游细胞长达6小时。定量分析表明,根据制造方法的不同,纳米纤维显著降低了细菌细胞活力。这些生物材料的抗菌性能可归因于共溶剂配方和后处理程序应用带来的结构改性。因此,本研究提出的抗菌表面改性方法是一种很有前途的技术,可用于制备旨在通过抗粘附能力和杀菌剂释放机制诱导抗菌素耐药性的生物材料。

 

图1.(a)天然壳聚糖,(b)用TFA/DCM 7:3处理的壳聚糖(样品1)以及(c)用TFA/DCM 9:1处理的壳聚糖(样品2)的FT-IR光谱。

 

图2.Ch-TFA:DCM 7:3(样品1)和Ch-TFA:DCM 9:1(样品2)初纺膜的横截面SEM图像。

 

图3.经NaOH水溶液和NaOH乙醇处理后,样品1(Ch-TFA:DCM 7:3)和样品2(Ch-TFA:DCM 9:1)电纺膜的“多孔面积比”扫描电子显微照片。

 

图4.由TFA:DCM 7:3和TFA:DCM 9:1壳聚糖溶液制成的壳聚糖膜对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌效率;(A)细菌细胞数,CFU/mL;(B)减少率,%。

 

图5.通过刃天青还原试验分析壳聚糖膜减少生物膜形成的能力。星号表示组间的p值:**p<0.01;***p<0.001。

 

图6.在金黄色葡萄球菌的细菌悬浮液中共培养8小时后,电纺纳米纤维膜表面的细菌生物膜的SEM图像。

 

图7.在大肠杆菌的细菌悬浮液中共培养8小时后,电纺纳米纤维膜表面的细菌生物膜的SEM图像。

 

图8.壳聚糖对革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌细胞壁的作用模式示意图。1.壳聚糖与阳离子和细菌细胞壁的静电吸附和相互作用。2.细胞壁外膜塌陷,营养物质流动受阻。3.细胞通透性的改变和质膜的破坏。4.渗透性损伤和细胞内成分的释放。

 

图9.样品制备示意图:(A)壳聚糖溶液制备;(B)静电纺丝工艺;(C)壳聚糖膜的碱处理。

 

图10.用1M NaOH水溶液(上排)和1M NaOH乙醇溶液(下排)进行24小时碱处理前后壳聚糖膜样品1(A)和样品2(B)的宏观图像。为研究准备的样品类型(C)。

 

图11.体外抗菌试验示意图。