朱 志 勉, 匡 衛(wèi), 田 薈 琳, 段 煉

( 1.齊魯工業(yè)大學(xué)(山東省科學(xué)院) 輕工學(xué)部, 山東 濟(jì)南 250353;2.齊魯工業(yè)大學(xué) 生物基材料與綠色造紙國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東 濟(jì)南 250353;3.西南大學(xué) 蠶桑紡織與生物質(zhì)科學(xué)學(xué)院, 重慶 400715 )

0 引 言

基于天然高分子材料,如I型膠原[1]、葡聚糖[2]、殼聚糖[3]等,制備的水凝膠,由于其結(jié)構(gòu)和組成與細(xì)胞外基質(zhì)相似,生物學(xué)性能較好,廣泛應(yīng)用于組織工程支架[4]、藥物遞送載體[5]等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。

I型膠原作為細(xì)胞外基質(zhì)中重要的結(jié)構(gòu)蛋白,得益于其獨(dú)特的四級(jí)結(jié)構(gòu),具備其他蛋白無(wú)法媲美的優(yōu)異生物相容性、生物降解性和低細(xì)胞毒性等生物學(xué)特性,已廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)和化妝品等領(lǐng)域。在體外適宜的條件下(生理?xiàng)l件最佳),I型膠原分子可以通過(guò)自組裝行為生成具有D周期結(jié)構(gòu)的成熟膠原纖維[6],進(jìn)而形成膠原水凝膠。然而純膠原水凝膠力學(xué)性能和抗酶降解能力較差,故會(huì)限制其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。為彌補(bǔ)此缺陷,可引入外源性組分對(duì)膠原進(jìn)行物理或化學(xué)改性。物理改性一般有改善程度不足的缺陷;化學(xué)改性雖可顯著提高純膠原水凝膠的機(jī)械性能,但需注意改性膠原材料的生物相容性和降解性問(wèn)題。因此引入無(wú)害且具備功能化的動(dòng)態(tài)化學(xué)鍵,如席夫堿鍵[7]和雙硫鍵[8]等,來(lái)制備環(huán)境刺激響應(yīng)型水凝膠已成為膠原材料改性的新方向。席夫堿反應(yīng)由于實(shí)驗(yàn)方法簡(jiǎn)單、反應(yīng)迅速且具備一定的自愈性能已廣泛用于制備細(xì)菌響應(yīng)型水凝膠,可有效解決傳統(tǒng)水凝膠對(duì)細(xì)菌感染環(huán)境的可控藥物釋放能力不足的問(wèn)題。

因天然多糖來(lái)源廣泛,生物學(xué)特性較優(yōu)異,目前基于雙醛基化多糖向膠原基生物材料中引入動(dòng)態(tài)席夫堿鍵的研究相對(duì)較多。葡聚糖作為一種電中性多糖,可與帶正電荷的膠原分子通過(guò)氫鍵形成均一穩(wěn)定的體系,避免了由于靜電相互作用產(chǎn)生的膠原凝聚沉降現(xiàn)象[9]。此外,葡聚糖的葡萄糖單元中的鄰位羥基可被高碘酸鹽氧化生成醛基,故醛基化葡聚糖可和膠原分子側(cè)鏈的自由氨基發(fā)生席夫堿反應(yīng)而顯著提高膠原基生物材料的機(jī)械性能,且不會(huì)影響其生物學(xué)性能[10]。

除側(cè)鏈自由氨基外,膠原分子側(cè)鏈還富有可供交聯(lián)的羧基基團(tuán),故可通過(guò)金屬離子與膠原側(cè)鏈羧基的配位改性改善膠原基生物材料的機(jī)械性能[11]。葡萄糖酸鋅作為一種常見(jiàn)的營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑,具有一定的抗菌性能和優(yōu)異的生物學(xué)性能[12],故推測(cè)可利用葡萄糖酸鋅中富含的Zn2+與膠原側(cè)鏈的羧基配位來(lái)進(jìn)一步加強(qiáng)膠原水凝膠的機(jī)械強(qiáng)度,且賦予改性膠原水凝膠抑菌性能。

本實(shí)驗(yàn)旨在開(kāi)發(fā)一種用于遞送氨基糖苷類(lèi)藥物的細(xì)菌響應(yīng)型膠原基水凝膠。通過(guò)溶脹性、抗酶解性、動(dòng)態(tài)流變和SEM測(cè)試對(duì)水凝膠的機(jī)械性能和結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,通過(guò)阿米卡星釋放動(dòng)力學(xué)測(cè)試研究水凝膠的細(xì)菌響應(yīng)性釋藥性能,通過(guò)水凝膠對(duì)細(xì)菌生長(zhǎng)的抑制效果研究其抗菌性能。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 原料及試劑

I型膠原蛋白,實(shí)驗(yàn)室自制;葡聚糖T70,上海金穗生物科技有限公司;阿米卡星,北京索萊寶科技有限公司;乙二醇、無(wú)水乙醇、甲醇、醋酸,天津市富宇精細(xì)化工有限公司;磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、氫氧化鈉、氫氧化鉀,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;高碘酸鈉、叔丁醇、硼酸,天津市大茂化學(xué)試劑廠;I型膠原酶,北京智杰方遠(yuǎn)科技有限公司;氯化鈉,天津市鼎盛鑫化工有限公司;固體LB Broth,青島生工生物科技有限公司;葡萄糖酸鋅、戊二醛、鄰苯二甲醛、3-巰基乙酸,上海麥克林生化科技股份有限公司。

1.2 材料制備

1.2.1 氧化葡聚糖(ODex)的制備

稱(chēng)取一定量葡聚糖溶于水配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.0%的葡聚糖溶液;根據(jù)氧化度100%(OD 100%)計(jì)算高碘酸鈉用量,避光稱(chēng)取,用去離子水溶解后加到葡聚糖溶液中,避光攪拌反應(yīng)24 h,加入2 mL乙二醇攪拌2 h終止反應(yīng)[10]。透析2 d后冷凍干燥得到ODex海綿,避光密封保存。

1.2.2 膠原/氧化葡聚糖/葡萄糖酸鋅水凝膠(CODZnG)的制備

冰浴條件下將凍干膠原海綿溶解于0.005 mol/L的醋酸溶液中,制得質(zhì)量濃度10 mg/mL的膠原溶液;將凍干的ODex海綿溶于PBS(0.02 mol/L,pH 7.4)中,根據(jù)膠原與氧化葡聚糖質(zhì)量比20∶1、10∶1、4∶1、1∶1,配制不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的OD 100% ODex溶液。

將葡萄糖酸鋅水溶液加入膠原溶液中混合均勻,加入ODex溶液,渦旋下滴加NaOH溶液將樣品pH調(diào)至8.5,37℃水浴中反應(yīng)2 h即得CODZnG。最終水凝膠樣品中膠原質(zhì)量濃度為5 mg/mL,葡萄糖酸鋅質(zhì)量濃度為0.05 mg/mL。

根據(jù)水凝膠中ODex比例將純膠原水凝膠和CODZnG命名為Col、CODZnG-0.05、CODZnG-0.1、CODZnG-0.25、CODZnG-1。

1.2.3 載藥水凝膠(CODZnG-AMK)的制備

以CODZnG-1為載藥水凝膠基質(zhì)。先將阿米卡星加入ODex溶液中預(yù)交聯(lián),隨后將其加入膠原/葡萄糖酸鋅溶液中混合均勻,調(diào)整pH為8.5并在37℃水浴2 h成膠,記為水凝膠CODZnG-AMKI,其中膠原質(zhì)量濃度為5 mg/mL,阿米卡星質(zhì)量濃度為1 mg/mL。

同樣操作制備阿米卡星質(zhì)量濃度為2 mg/mL的載藥水凝膠,記為CODZnG-AMKII。

1.3 CODZnG水凝膠性能表征

1.3.1 溶脹性能測(cè)試

CODZnG水凝膠樣品真空冷凍干燥,稱(chēng)重,記為m0。室溫下將其浸沒(méi)于PBS(0.01 mol/L,pH 7.4)中,每間隔一定時(shí)間后取出,用濾紙擦拭樣品表面多余液體后稱(chēng)重,記為m1,直至樣品質(zhì)量溶脹平衡。每個(gè)樣品稱(chēng)重3次取平均值,每組3個(gè)樣品。

溶脹率=[(m1-m0)/m0]×100%

式中:m0為樣品初始質(zhì)量,m1為樣品溶脹后質(zhì)量。

1.3.2 抗酶降解性能測(cè)試

將1 mL不同改性膠原水凝膠表面擦干后稱(chēng)重,記為m2。將其浸泡于3 mL、100 μg/mL的膠原酶溶液中,保持37 ℃水浴,于固定時(shí)間點(diǎn)取出樣品后輕擦干表面稱(chēng)重,記為m3。

降解率=[(m2-m3)/m2]×100%

式中:m2為樣品的初始質(zhì)量,m3為樣品降解后的質(zhì)量。

1.3.3 機(jī)械流變測(cè)試

采用流變儀(TA,ARES-G2)對(duì)CODZnG水凝膠樣品進(jìn)行黏彈性能測(cè)試。使用平板模式(板直徑25 mm,板間距1 mm),在動(dòng)態(tài)測(cè)試中選擇控制應(yīng)力,分別測(cè)定彈性模量(G′)、黏性模量(G″)和損耗因子(tanδ)隨剪切頻率的變化。測(cè)試溫度為20 ℃,應(yīng)變?yōu)?%,動(dòng)態(tài)頻率為0.1～10 Hz。

1.3.4 抗壓縮性能測(cè)試

按“1.2.2”操作制備Col和CODZnG-1。水凝膠樣品直徑為10 mm,高度為5 mm。采用質(zhì)構(gòu)儀(TA,XT Plusc)測(cè)試,壓縮速率為1 mm/s,直到水凝膠被壓破停止測(cè)試。

1.3.5 掃描電鏡測(cè)試(SEM)

室溫下將Col和CODZnG-1水凝膠樣品在體積分?jǐn)?shù)為2%的戊二醛水溶液中固定2 d,用乙醇溶液(30%,50%,70%,80%,90%,95%,99.5%,100%)梯度脫水,再用叔丁醇置換殘余的乙醇,最后將樣品冷凍干燥。

將CODZnG凍干海綿表面進(jìn)行真空噴金處理后進(jìn)行電鏡掃描,加速電壓20 kV。

1.3.6 阿米卡星釋放動(dòng)力學(xué)測(cè)試

采用鄰苯二醛衍生化法[13]測(cè)定阿米卡星的釋放量。鄰苯二醛衍生化試劑配制過(guò)程:將268 mg鄰苯二醛溶于10.00 mL甲醇中,再加入1.40 mL 3-巰基乙酸和38.60 mL硼酸,用KOH調(diào)節(jié)pH至10.5。

阿米卡星標(biāo)準(zhǔn)曲線實(shí)驗(yàn)過(guò)程:依次配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2、0.4、0.6、0.8和1.0 mg/mL的阿米卡星水溶液。將1 200 μL鄰苯二醛衍生液加入600 μL阿米卡星標(biāo)準(zhǔn)溶液中,補(bǔ)充PBS至體積3 mL。室溫孵育30 min后測(cè)試333 nm處的吸光度。

標(biāo)準(zhǔn)曲線:y=-1.427 6×10-4+0.896 2x,R2=0.999。其中x為阿米卡星質(zhì)量濃度,mg/mL;y為樣品在333 nm處的吸光度。

阿米卡星釋放動(dòng)力學(xué)測(cè)試過(guò)程:室溫下將2 mL CODZnG-AMK浸泡于5 mL pH 7.4或5.0的PBS中,每隔規(guī)定的時(shí)間取出600 μL樣品進(jìn)行測(cè)試,取樣后補(bǔ)充600 μL對(duì)應(yīng)pH的PBS以保持總體積不變。

將1 200 μL鄰苯二醛衍生化液加到所取樣品中,再補(bǔ)充對(duì)應(yīng)pH的PBS至3 mL。室溫孵育30 min后,測(cè)試333 nm處吸光度。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算得到不同時(shí)間段的阿米卡星釋放率。

1.3.7 抗菌性能測(cè)試

根據(jù)細(xì)菌生長(zhǎng)曲線的差異來(lái)反應(yīng)改性膠原水凝膠的抗菌性能。將固體LB Broth溶解為肉湯培養(yǎng)基,高溫滅菌2 h,加入水凝膠樣品和少量大腸桿菌或金黃色葡萄球菌,在恒溫振蕩培養(yǎng)箱中培養(yǎng)細(xì)菌。通過(guò)測(cè)定溶液于600 nm的吸光度變化來(lái)反應(yīng)細(xì)菌的生長(zhǎng)情況。

2 結(jié)果與討論

2.1 水凝膠的溶脹性能

溶脹性能是評(píng)估水凝膠在水性體系中穩(wěn)定性的一個(gè)重要指標(biāo)。用于傷口敷料的水凝膠需要具備強(qiáng)大的溶脹性能,從而確保能在短時(shí)間內(nèi)吸收大量傷口滲出液[14]。載藥水凝膠則不同,過(guò)強(qiáng)的溶脹會(huì)導(dǎo)致水凝膠在進(jìn)入體內(nèi)釋放藥物前迅速膨脹[5],擠壓組織的同時(shí)可能會(huì)影響藥物的釋放效果,故需合理控制載藥水凝膠的溶脹率。

純膠原水凝膠和CODZnG的溶脹性能見(jiàn)圖1。由圖1可知,純膠原水凝膠的平衡溶脹率高達(dá)719%,CODZnG-0.05、CODZnG-0.1、CODZnG-0.25和CODZnG-1水凝膠平衡溶脹率依次降為606%、498%、422%和313%。所有的水凝膠樣品均能在2 h內(nèi)達(dá)到溶脹平衡,但樣品間的平衡溶脹率差別卻很大,CODZnG的平衡溶脹率隨著ODex量的增加而顯著降低。因膠原分子中含有大量的親水性基團(tuán),如酰胺基、羧基、氨基等,使純膠原水凝膠具有良好的親水性;純膠原纖維水凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差,故其平衡溶脹率最高。ODex和葡萄糖酸鋅交聯(lián)改性后膠原水凝膠的平衡溶脹率大大降低,這可能是因?yàn)榻宦?lián)提升了CODZnG網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。故推測(cè)CODZnG可滿(mǎn)足載藥水凝膠對(duì)溶脹率的需求。

圖1 純膠原水凝膠和CODZnG的溶脹性能

2.2 水凝膠的體外酶降解性能

水凝膠的抗酶解性能對(duì)其生物學(xué)性能影響很大。純膠原水凝膠因其網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差,易被膠原酶快速降解而導(dǎo)致水凝膠骨架坍塌,失去其促進(jìn)細(xì)胞增殖和藥物緩釋等優(yōu)良生物學(xué)性能的持久性[15]。對(duì)膠原進(jìn)行交聯(lián)改性來(lái)提高其抗酶解能力是一種常見(jiàn)的方法。交聯(lián)改性對(duì)膠原水凝膠體外酶降解性能的影響見(jiàn)圖2。由圖2可知,與純膠原水凝膠相比,改性水凝膠的體外酶降解速率大大降低,CODZnG抗酶解性能的提升幅度與ODex量正相關(guān)。這進(jìn)一步證明ODex化學(xué)交聯(lián)和Zn2+配位協(xié)同作用使得CODZnG的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固,與溶脹性能測(cè)試結(jié)果一致。

圖2 純膠原水凝膠和CODZnG的抗酶降解性能

2.3 CODZnG水凝膠力學(xué)性能

為進(jìn)一步評(píng)估交聯(lián)改性對(duì)CODZnG結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響,對(duì)純膠原水凝膠CODZnG進(jìn)行動(dòng)態(tài)流變性能測(cè)試,結(jié)果見(jiàn)圖3和表1。由圖3可知,純膠原水凝膠和CODZnG水凝膠均呈現(xiàn)出非線性黏彈性特性,即在0.1～10 Hz的剪切范圍內(nèi),G′基本保持不變,且G′>G′′,表現(xiàn)出水凝膠典型的黏彈性行為[16]。由表1可知,與純膠原水凝膠相比,CODZnG水凝膠的G′顯著提高。CODZnG-0.05的G′從24.2 Pa升至77.9 Pa;繼續(xù)增加ODex量至質(zhì)量比為10∶1時(shí),CODZnG-0.1的G′升至292.6 Pa;繼續(xù)增大ODex量至膠原與ODex質(zhì)量比為1∶1時(shí),CODZnG-1的G′達(dá)到552.7 Pa,說(shuō)明經(jīng)過(guò)ODex化學(xué)交聯(lián)和Zn2+配位協(xié)同作用,膠原分子鏈段之間產(chǎn)生了更多的纏結(jié),因而形成了更加堅(jiān)固的交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),從而提升了CODZnG水凝膠的彈性抗變形能力。此外,CODZnG-0.1、CODZnG-0.25和CODZnG-1的tanδ基本相同,表明這三種水凝膠的彈性相當(dāng)。綜合溶脹性能、抗酶解性能機(jī)械流變結(jié)果,且為保證制備載藥水凝膠時(shí)ODex有足夠的活性醛基,故考慮CODZnG-1作載藥水凝膠基質(zhì)。

表1 水凝膠的流變性能

圖3 CODZnG水凝膠的流變性能

由抗壓測(cè)試可知,CODZnG-1的斷裂抗壓強(qiáng)度達(dá)5.21 kPa,與純膠原水凝膠1.6 kPa的強(qiáng)度相比大大提升,進(jìn)一步說(shuō)明CODZnG-1的機(jī)械強(qiáng)度可滿(mǎn)足載藥水凝膠的制備要求。

2.4 SEM

纖維編織網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是膠原水凝膠的重要特點(diǎn),該結(jié)構(gòu)作為膠原水凝膠的骨架,對(duì)材料穩(wěn)定性起決定性作用;用作支架材料時(shí),網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可為細(xì)胞黏附、增長(zhǎng)提供適宜的空間[17];用作傷口敷料傳遞藥物時(shí),網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可吸收組織滲出液。因此,制備水凝膠材料時(shí)需結(jié)合微觀形貌觀察來(lái)初步判斷應(yīng)用性能。

圖4為純膠原水凝膠和CODZnG-1的SEM圖像。兩種水凝膠均呈現(xiàn)出由膠原纖維編織所形成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),纖維與纖維編織所形成的孔徑通道結(jié)構(gòu)既有利于液體的儲(chǔ)存從而帶來(lái)一定的溶脹性能,作載藥應(yīng)用時(shí)也可以為藥物提供嵌入的空間[5]。從圖4(a)可以看出,純膠原水凝膠通過(guò)自組裝形成的膠原纖維纖細(xì),纖維編織所形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)較致密。圖4(b)中的改性膠原水凝膠的膠原纖維則比較粗壯,纖維與纖維間形成的橫向聚集較多,網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的孔徑相對(duì)較大。這表明ODex和葡萄糖酸鋅的協(xié)同交聯(lián)可能先促進(jìn)膠原分子形成大的聚集態(tài),再通過(guò)自組裝形成更粗壯的成熟膠原纖維,因而賦予CODZnG-1更好的力學(xué)性能。ODex可能在成熟膠原纖維束之間交聯(lián),帶入空間位阻的同時(shí)也促進(jìn)膠原纖維之間的橫向聚集,既改善了水凝膠的力學(xué)性能,又使網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的孔徑增大。這意味著改性膠原水凝膠不僅可以為細(xì)胞的黏附增殖或藥物儲(chǔ)存提供更堅(jiān)固的支架,還可以提供更通暢的營(yíng)養(yǎng)運(yùn)輸和藥物釋放通道。

(a) 膠原水凝膠(×5 000)

2.5 阿米卡星的pH響應(yīng)釋放

細(xì)菌在呼吸和發(fā)酵過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生酸性產(chǎn)物,如碳酸和乳酸,故生物體被細(xì)菌感染后會(huì)產(chǎn)生pH 5左右的弱酸環(huán)境[5]。根據(jù)這種特定的變化,利用席夫堿鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)氨基糖苷類(lèi)藥物的細(xì)菌響應(yīng)釋放效果。阿米卡星是一種常見(jiàn)的氨基糖苷類(lèi)抗生素,具有臨床上的廣譜抗菌活性,因此在本研究中選擇阿米卡星作為藥物模型。因高劑量的氨基糖苷類(lèi)抗生素具有嚴(yán)重的耳毒性和腎毒性[13],低劑量則會(huì)失去良好的抗菌效果,故需一種可根據(jù)細(xì)菌感染情況按需給藥的智能水凝膠。

設(shè)置pH 7.4和pH 5.0兩種pH,分別對(duì)應(yīng)體內(nèi)健康環(huán)境和細(xì)菌感染后的環(huán)境;考慮到傷口各異所需抗菌藥量不同,設(shè)置1和2 mg/mL兩種阿米卡星質(zhì)量濃度。由圖5可知,純膠原水凝膠在兩種pH下的阿米卡星釋放率差異較小,24 h時(shí)pH 7.4阿米卡星的釋放率為50.9%,pH 5.0時(shí)阿米卡星的釋放率為64.4%,表明純膠原水凝膠中藥物的釋放可能為普通的擴(kuò)散釋放,對(duì)細(xì)菌感染的響應(yīng)性低。而CODZnG-AMKI在兩種pH下的阿米卡星釋放率有明顯差異,24 h時(shí)pH 7.4阿米卡星的釋放率僅為15.9%,而pH 5.0時(shí)阿米卡星的釋放率增大至77.0%,表明CODZnG-AMKI可減緩健康體況時(shí)阿米卡星的釋放,而遭遇細(xì)菌感染則可加快阿米卡星釋放,初步實(shí)現(xiàn)阿米卡星的可控釋放。此外,CODZnG-AMKII在兩種pH下的阿米卡星釋放率差異更大,24 h時(shí)pH 7.4時(shí)阿米卡星的釋放率僅為18.8%,而pH 5.0時(shí)阿米卡星的釋放率高達(dá)83.2%,這表明增大阿米卡星濃度可使CODZnG-AMKII的細(xì)菌性響應(yīng)性增強(qiáng),實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)傷患處具體情況調(diào)整阿米卡星濃度來(lái)調(diào)節(jié)其釋放行為[18]。

圖5 pH 5.0與pH 7.4下水凝膠的藥物釋放率

CODZnG-AMK中阿米卡星的結(jié)合源于其氨基與ODex的醛基間的席夫堿反應(yīng),后進(jìn)一步穩(wěn)固于膠原自組裝和ODex與葡萄糖酸鋅的協(xié)同交聯(lián)所形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中。pH 7.4時(shí),因固定阿米卡星的席夫堿鍵可較穩(wěn)定存在,僅未交聯(lián)固定的少量阿米卡星擴(kuò)散釋放至水凝膠外。此外,CODZnG中水凝膠孔徑較大,也利于阿米卡星未交聯(lián)部分的擴(kuò)散釋放;因環(huán)境較健康,少量阿米卡星即可實(shí)現(xiàn)抗菌效果。pH降至5.0時(shí),固定阿米卡星的席夫堿鍵易斷裂[19],交聯(lián)固定的阿米卡星開(kāi)始快速大量釋放,滿(mǎn)足此時(shí)強(qiáng)大的抗菌需求。這表明CODZnG-AMK初步具備阿米卡星的細(xì)菌型智能響應(yīng)特性。

2.6 水凝膠抗菌性能分析

蛋白質(zhì)材料由于其高親水性和其營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)特性而易被環(huán)境微生物污染,因此需添加抗生素[13]或金屬顆粒[20]改善其抗菌性。在CODZnG-AMK中,Zn2+和阿米卡星共同賦予水凝膠抗菌作用,故CODZnG-AMK在阿米卡星釋放前后及釋放期間均具有一定的抗菌效果。將水凝膠浸泡在菌液中,根據(jù)兩種常見(jiàn)細(xì)菌(大腸桿菌、金黃色葡萄球菌)的生長(zhǎng)曲線判斷水凝膠對(duì)細(xì)菌生長(zhǎng)的抑制情況,結(jié)果見(jiàn)圖6。由圖6可知,純膠原水凝膠對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌兩種細(xì)菌的生長(zhǎng)沒(méi)有抑制作用,均可在前12 h快速增殖,其中金黃色葡萄球菌的生長(zhǎng)速度快于大腸桿菌。與純膠原水凝膠相比,CODZnG-1中大腸桿菌、金黃色葡萄球菌的生長(zhǎng)速率明顯減緩,最終平衡濁度值也有所降低,表明CODZnG-1中少量的葡萄糖酸鋅對(duì)兩種細(xì)菌的生長(zhǎng)具有一定的抑制作用,賦予CODZnG-1一定的抑菌效果。加入阿米卡星后,水凝膠中濁度幾乎沒(méi)有變化,表明負(fù)載阿米卡星可顯著提高抗菌性。

圖6 不同凝膠浸泡液中的大腸桿菌和金黃色

3 結(jié) 論

ODex和葡萄糖酸鋅協(xié)同交聯(lián)作用可顯著改善膠原基水凝膠溶脹性能、抗酶解性能和力學(xué)性能,改善程度與ODex量正相關(guān)。CODZnG-AMK初步具備阿米卡星的細(xì)菌響應(yīng)性可控釋放能力。CODZnG-1對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌具有一定的抑菌效果。CODZnG-AMK對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌可持續(xù)抑菌。