细菌纤维素-纳米银复合材料的制备及其抗菌性能研究

1、细菌纤维素 / 纳 M银复合材料地制备及其抗菌性能研究摘 要：细菌纤维素 bacterial cellulose, bc ）是一种由微生 物合成地高纯度纤维素 , 超细纤维网络结构使其具有高比表面积、 高持水能力以及良好地生物相容性和生物可降解性 , 被认为是一种 潜在地“理想”医用敷料材料 . 然而, 细菌纤维素本身不具有抗菌 性能, 难以应对细菌感染地伤口 . 纳 M银是一种广谱抗菌剂 .因此本 文以细菌纤维素为模板 , 采用环境友好地化学还原剂抗坏血酸为还 原剂, 原位制备细菌纤维素 / 纳 M银复合材料 . 同时分别采用抑菌圈 法和最小抑菌浓度法对复合物地抗菌效果进行评价 .关键词：细

2、菌纤维素 纳 M银 抗菌 创伤敷料一、引言 细菌纤维素是一种由微生物合成地高纯度纤维素 , 其微纤维直径 只有 40-60nm,是自然界中天然存在地精细纳 M材料. 超细纤维网络 结构使其具有高比表面积、高持水能力以及良好地生物相容性和 生物可降解性 , 被称作“大自然赋予人类地天然生物医用材料” 1. 大量研究和临床实验表明 , 细菌纤维素基创伤敷料对于烧伤烫 伤以及慢性溃疡疾病具有良好地治愈效果 , 是一种极具潜力地“理 想”创伤敷料材料 2.然而, 细菌纤维素本身不具有抗菌性能 , 难以应对细菌感染地伤 口. 金属银及其化合物是目前最常用地无机抗菌剂 , 尤其适用于治 疗烧伤烫伤以及慢性

3、溃疡创伤 3. 因此, 以细菌纤维素为载体负载 纳 M银粒子将有望获得具有高效保湿抗菌功能地“理想”医用创 伤敷料.孙东平等以细菌纤维素为载体 , 甲醛为还原剂采用液相化 学还原法合成载银细菌纤维素复合材料 , 所得银纳 M粒子平均粒径 在 45nm左右, 对大肠杆菌、酵母菌和白色念珠菌等都有理想地抗 菌效果 4.marques 等分别以细菌纤维素和普通植物纤维为基体 , 采用 nabh4原位还原 agno3 地方法在纤维素膜上合成纳 M银单质, 结果表明细菌纤维素纤维地银负载量可达到植物纤维地 50 倍以上 , 并且对 ag+具有更持久地控释作用 , 是一种良好地纳 M银合成基质 5. 上述

4、研究大多采用 nabh4、甲醛等化学试剂为还原剂 , 这些试 剂通常具有较高地人体毒性 , 反应结束后很难解决试剂在纤维膜内 地残留问题 ,尤其不适合应用于生物医用材料产品地制备 . 据此,我 们提出,以细菌纤维素为模板 , 摒弃有毒化学还原试剂 ,采用环境友 好地抗坏血酸为还原剂 ,原位制备细菌纤维素 /纳M银复合材料 .二、材料与方法一）实验材料木醋杆菌 acetobacter xylinum ）：本实验室保藏 .agno3 、抗 坏血酸购买于国药集团化学试剂有限公司 . 其它试剂若无特殊说明 , 均为市场可售 .二）细菌纤维素膜地制备和纯化以木醋杆菌为菌种 , 将活化后地菌种接种至种子培

5、养液中 , 在 30和 160rpm地摇床中培养 24h.按 6%地接种量接种于发酵培养 基中 ,30 恒温培养箱中静置培养 8 d, 得细菌纤维素膜 . 培养基组 成为麦芽糖 25g/l, 蛋白胨 3g/l, 酵母浸膏 5g/l,ph 值为 5.0,121 灭菌 20 min.将 bc 膜取出用去离子水反复冲洗 , 再浸泡于 0.1%地 naoh 溶液中 以去除细菌纤维素膜中地菌体及残留培养基 ,80 处理 6h至膜呈 乳白色半透明 .最后用去离子水充分洗涤 , 直至洗液成中性 .三）细菌纤维素 / 纳 M银复合材料地制备将上述 bc膜浸泡于一定浓度地硝酸银溶液中 ,在 30恒温水浴 锅中

6、100rpm震荡 12h. 然后将膜取出放入 10mm地抗坏血酸溶液中 , 在磁力搅拌下冰浴还原 6h.然后取出用去离子充分洗涤 , 得细菌纤 维素/纳 M银复合材料 .四）含银量地测定将制备地复合物样品干燥后剪碎 , 准确称取一定质量溶解于 hno3 溶液中. 采用原子吸收法测定其银含量 .五）抗菌性能地测定1）抑菌圈法以金黄色葡萄球菌为模型菌 . 具体方法为：将金黄色葡萄球菌从 斜面接种到种子培养基中 ,37 恒温培养 12h 得种子液 . 吸取 0.1ml 种子液至固体平板培养基上 ,涂布均匀 .将载银细菌纤维素膜平铺 在平板中央 ,37 恒温倒置培养 24h. 然后测量其抑菌圈大小 ,

7、并以 不载银地纯细菌纤维素膜为对照组 . 抑菌带宽度定义为：抑菌带半 径平均值与样品膜半径平均值之差 .2）最小抑菌浓度法 mic）以金黄色葡萄球菌为模型菌 ,采用 mic 法定量评价复合物地抗菌 效果.具体方法为：将 10 个灭菌地含一定量培养基地三角瓶分别 编号 1-9 号 , 在培养基中放入 1-9 片载银细菌纤维素膜制成不同含 银量培养基 . 然后, 取 107cfu/ml 地金黄色葡萄球菌菌悬液 0.1ml 接种于上述 1-9 号三角瓶中 ,于 37恒温培养 24h.培养结束后 ,分别从上述三角瓶中取出 0.1ml 培养液, 将其涂布 到琼脂平板上 ,每个样品做三个平行 , 于 37

8、恒温培养箱中倒置培 养 24h, 观察菌落地生长情况 . 以不长菌地最低浓度为最小抑制浓度 mic).三、结果与讨论一)细菌纤维素 / 纳 M银复合材料地制备目前化学法还原制备纳 M银粒子大多采用 nabh4、甲醛等化学试 剂为还原剂 , 这些试剂通常具有较高地人体毒性 , 反应结束后需解 决试剂在纤维膜内地残留问题 , 不适合应用于生物医用材料产品地 制备.抗坏血酸是一种常用地医药原料 , 具有一定地还原能力 . 因此 本文尝试以抗坏血酸为还原剂 , 细菌纤维素为模板 , 原位还原制备 纳 M银.实验过程中发现 , 随着反应时间地延长 , 细菌纤维素膜由初 始地透明色逐渐变为亮黄色 , 表明

9、纳 M银粒子在细菌纤维素膜上形 成 图 1) .二)含银量地测定分别选用 1.0 、2.5 及 5.0mm地硝酸银溶液制备细菌纤维素 / 纳 M 银复合材料 , 采用原子吸收法测定不同硝酸银溶液浓度条件下复合 物地载银量情况 ,结果如图 2所示. 结果显示 ,随着硝酸银浓度地升 高, 复合膜地含银量增加 . 但当硝酸银浓度大于 2.5mm时, 继续增加 硝酸银浓度 , 复合物地载银量几乎不变 , 这说明此时可能达到了细 菌纤维素膜地最大银负载量 .三)抗菌活力地评价首先采用抑菌圈法对细菌纤维素 / 纳 M银复合材料地抗菌活力进 行定性评价 . 分别考察了上述三种硝酸银溶液所制备地复合物地抗 菌

10、效果 图 3). 如图所示 , 复合物产生地抑菌圈地变化趋势与其载 银量相似 , 这说明复合物载银量地高低与抑菌圈宽度有一定相关性 即载银量越高 ,抑菌圈越大 .采用最小抑菌浓度法定量评价细菌纤维素 / 纳 M银复合材料地抗 菌活力 , 如图 4 所示. 由结果可知 , 当硝酸银浓度为 1.0mm时,mic 值 最低, 说明该制备条件下 , 复合膜地抗菌效果最好 . 在较高地硝酸银 浓度条件下 , 由于较高量地银粒子负载到细菌纤维素膜上 , 可能会 产生银粒子团聚 , 进而影响其抗菌效果 .四、结论本文以细菌纤维素为模板 ,抗坏血酸为还原剂 , 原位制备细菌纤 维素/ 纳 M银复合材料 , 并

11、对其抗菌活性进行研究 . 结果表明 , 在较 低地硝酸银浓度条件下 ,所得复合膜地载银量较低 , 抑菌圈较小 ,但 其最小抑菌浓度值较低 . 这可能是由于较低地银负载量减弱了银粒 子地团聚现象 , 导致其抗菌效果较好 .基金工程：国家自然基金工程 no.21004008)；上海市教育委 员会和上海市教育发展基金会“晨光计划”工程 no.11cg35 ). 参考文献 1 czaja w,krystynowicz a,bielecki s,brown rm.microbial cellulose the natural power to heal wounds.biomaterials,2006,

12、27:145-151.2 alvarez o m,patel m,booker j,markowitzl.effectiveness of a biocellulose wound dressing for the treatment of chronic venous leg ulcers:results of a single center randomized study involving 24 patients.wounds,2004,16:224-233.3 rai m,yadav a,gade a.silver nanoparticles as a new generation of antimicrobials.biotechnol.adv.,2009,27:76- 83.4 孙东平, 杨加志,李骏, 周伶俐,于俊伟.载银细菌纤维素抗菌 敷料地制备及其抗菌性能地研究 . 生物医学工程学杂志 ,2009,26 ： 1034-