载纳米银细菌纤维素抗菌材料的制备及其评价

摘要

加快创面愈合是临床医学研究的一个重要领域。高保湿性和抗菌性的功能医用敷料作为一种临时皮肤替代物在治疗过程中发挥着重要作用。细菌纤维素(Bacterial Cellulose，BC)是一种由微生物合成的高纯度纤维素，是自然界中最精细的纳米材料。研究者普遍认为，细菌纤维素敷料的结构和性能符合现代创伤愈合的医疗理论，具有吸湿能力强、促进愈合、减轻疼痛和减少更换次数等优点，尤其是根据培养条件的不同，可获得不同性状的膜材料，以应对不同渗出液量及染菌程度的创伤病例，是一种极具潜力的“理想”创伤敷料材料。
　　 本课题基于推进细菌纤维素在医学材料领域应用拓展的目的，针对细菌纤维素作为新型抗菌生物医学材料的基底，研究了不同碳源组成对细菌纤维素纳微结构和细菌纤维素本征性能的影响。不同碳源组成制备的细菌纤维素的表面积范围为60-90 m2/g，孔体积范围为0.17-0.25 cm3/g，平均孔径范围为10-11 nm，含水率维持在99.7％以上。其溶胀率为自身的54.4-76.8倍，保水率为自身的4.7-8.0倍，透湿率范围为45-75g/(m2·h)，扩散性范围为13.6-40.0 mm/mm。此外，不同碳源组成制备的细菌纤维素均具有较优的断裂强度和杨氏模量。
　　 然而，细菌纤维素本身不具有抗菌性能，难以应对细菌感染的伤口。而纳米银粒子(AgNPs)的抗菌能力是微米级银粒子的200倍以上，因此，以富羟基的细菌纤维素为载体负载纳米银粒子将有望获得具有高效保湿抗菌功能的“理想”医用创伤敷料。
　　 本课题用不同培养基制备了不同的载纳米银细菌纤维素材料，并对纳米银粒子的尺寸、形貌以及材料的载银量和抗菌效果进行了研究。不同碳源组成制备的载纳米银细菌纤维素材料的银含量范围为0.64-1.19%(w/w)；纳米银颗粒能较好地附着于细菌纤维素的三维网状结构之中，粒子的粒径分布范围为5-14 nm。以大肠杆菌、金黄色葡萄球菌为典型的模型致病菌，分别采用抑菌圈法和定时暴露法对载银BC材料的抗菌效果进行评价，结果表明，载银BC膜对大肠杆菌的抗菌效果优于金黄色葡萄球菌。
　　 同时，本课题还优化了NaBH4溶液原位还原技术制备载纳米银细菌纤维素材料的制备条件，如AgNO3浓度、浸泡时间、细菌纤维素干燥处理方法等对纳米银粒子的尺寸、形貌、BC膜载银量和抗菌效果等的影响。随着AgNO3浓度和浸泡时间的增加，抗菌材料上的纳米银粒子的粒径增大，银含量增加，对金黄色葡萄球菌的MIC值变大，抗菌效率降低。对于不同的干燥方法，经过烘干绝干的干燥方法处理的细菌纤维素载银后的MIC值较低。
　　 本课题还对优化制备的载纳米银细菌纤维素材料进行了综合评价。载纳米银细菌纤维素材料的含水率、保水率、透湿率、断裂强度和杨氏模量比纯细菌纤维素略有提高，而表面积、孔体积和孔径则有较大幅度地提高。经优化的载纳米银细菌纤维素材料的缓释时间超过72 h，在96 h内对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均具有较好的抗菌效果。此外，本课题还对该材料的生物相容性做了初步研究，研究表明载纳米银细菌纤维素材料对成纤维细胞具有良好的细胞相容性，这为该材料今后用于医用敷料奠定了基础。