細(xì)菌纖維素用作傷口敷料的研究

李瑞贊 馬 維

（常熟理工學(xué)院紡織服裝與設(shè)計(jì)學(xué)院，江蘇 常熟 215500）

1 引言

細(xì)菌纖維素是由木醋桿菌等微生物經(jīng)過液態(tài)發(fā)酵制得的凝膠狀膜。與植物纖維素和動(dòng)物纖維素相比，將BC 作為傷口敷料具有以下優(yōu)勢(shì)：高純度、高持水性、高楊氏模量和抗張強(qiáng)度、良好的生物相容性，能防止細(xì)菌感染和吸收液體，加速傷口愈合，利于皮膚組織生長(zhǎng)。此外，細(xì)菌纖維素具有多孔納米纖維結(jié)構(gòu)，作為功能化傷口敷料應(yīng)用時(shí)有利于氣體交換，從而可以為傷口恢復(fù)提供必要的有氧條件，可作為藥物載體負(fù)載抗菌成分、止血成分、促細(xì)胞生長(zhǎng)因子等多種藥物，針對(duì)不同傷口類型進(jìn)行針對(duì)性治療[1]。目前，BC 敷料在燙傷、燒傷、皮膚移植、創(chuàng)傷等的治療中的應(yīng)用已取得了突破性的進(jìn)展。

2 細(xì)菌纖維素敷料簡(jiǎn)介

2.1 細(xì)菌纖維素生產(chǎn)方式

目前主要有靜態(tài)培養(yǎng)法和攪拌培養(yǎng)法兩種方式生產(chǎn)細(xì)菌纖維素，前者是將生產(chǎn)菌株（如乙酸桿菌、酵母菌等）與培養(yǎng)基混合后置于靜止?fàn)顟B(tài)下進(jìn)行發(fā)酵。后者相對(duì)于靜態(tài)發(fā)酵更為高效。它通過加入機(jī)械攪拌來促進(jìn)微生物在液體中均勻分散，并且加速細(xì)菌纖維素纖維化過程，該方法適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。生產(chǎn)過程中，需要掌握好發(fā)酵溫度、培養(yǎng)時(shí)間和培養(yǎng)基成分等因素的調(diào)整，以便獲得高產(chǎn)量和高品質(zhì)的纖維素產(chǎn)物。

2.2 細(xì)菌纖維素作為創(chuàng)傷敷料的優(yōu)點(diǎn)

細(xì)菌纖維素是天然產(chǎn)物，與人體自身組織具有較好的相容性和生物可降解性。其分子鏈呈線性排列，具有很高的強(qiáng)度和耐久性，可以有效地保護(hù)創(chuàng)口免受外界因素的干擾。同時(shí)其親水性很強(qiáng)，在吸收滲出液時(shí)可以迅速將多余水分排出，保持創(chuàng)面周圍的酸堿平衡并抑制病菌生長(zhǎng)。

經(jīng)過處理后的細(xì)菌纖維素材料可形成一種三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以模擬人類皮膚組織的微觀結(jié)構(gòu)特征，并且能夠促進(jìn)血管新生、加速血液循環(huán)、促進(jìn)傷口愈合。

2.3 敷料用細(xì)菌纖維素的形式

水凝膠型敷料：水凝膠具有較高的含水量并且可以模擬人體胞外基質(zhì)，具有比其他材料更高的生物相容性。目前，抗菌水凝膠在醫(yī)療器械、傷口敷料、藥物遞送等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。水凝膠用于傷口敷料可以在患者傷口部位持續(xù)釋放藥物，大大減少了多次替換傳統(tǒng)敷料給患處帶來的二次損傷，水凝膠高含水量及良好的粘合特性給予傷口持續(xù)的濕潤(rùn)環(huán)境，利于傷口愈合。王哲等以細(xì)菌纖維素為基本框架，添加具有一定抑菌效果的Fmoc-氨基酸，二者通過氫鍵相互作用形成穩(wěn)定的、并且具有較高機(jī)械強(qiáng)度的水凝膠。結(jié)合抑菌圈法、菌落計(jì)數(shù)法實(shí)驗(yàn)比較出BC/Fmoc-F 氨基酸水凝膠對(duì)于金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌類的革蘭氏陽性菌具有較好的抑制作用，可有效用于傷口敷料，并應(yīng)對(duì)金黃色葡萄球菌等致病菌引起的感染問題。

薄膜型敷料：細(xì)菌纖維素膜敷料在潮濕情況下力學(xué)強(qiáng)度高，對(duì)液、氣及電解物有良好的通透性，與皮膚相容性良好；此外，薄膜敷料靈活性高，可在易彎曲關(guān)節(jié)處使用，能夠?qū)跐穸染S持在一定范圍內(nèi)促進(jìn)傷口愈合且對(duì)傷口粘附力較輕。細(xì)菌纖維素薄膜可作為緩釋藥物的載體，攜帶各種藥物促使創(chuàng)面的愈合和康復(fù)；且產(chǎn)物制備過程簡(jiǎn)便、環(huán)保、生產(chǎn)成本低，可實(shí)現(xiàn)制備出的敷料產(chǎn)品的大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用。王金海等將c-聚賴氨酸（s-PL）均勻吸附在BC 上，制備聚賴氨酸/細(xì)菌纖維素抗菌薄膜敷料PLBC，并通過抗菌測(cè)試得出其對(duì)大腸桿菌的抑制能力大于金色葡萄球菌。

3 細(xì)菌纖維素敷料的抗菌改性

3.1 抗生素抗菌改性細(xì)菌纖維素敷料

抗生素通過抑制細(xì)菌細(xì)胞壁合成，增強(qiáng)細(xì)菌細(xì)胞膜通透性，干擾細(xì)菌蛋白質(zhì)合成以及抑制細(xì)菌核酸復(fù)制轉(zhuǎn)錄來影響細(xì)菌細(xì)胞發(fā)育達(dá)到抗菌的目的。將BC 制備成抗菌復(fù)合材料的最直接方式就是將抗生素直接加入BC 中，使其具有抗菌性。Lemnaru 等將細(xì)菌纖維素冷凍干燥，浸入阿莫西林/桿菌肽溶液中24 h，制得了負(fù)載著阿莫西林/桿菌肽的抗菌材料，并且證實(shí)其具有較好的抗菌性，是一種潛在的抗菌傷口敷料。雖然在細(xì)菌纖維素中添加抗生素已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于臨床，但是在醫(yī)學(xué)界，細(xì)菌的耐藥性不斷地增強(qiáng)，尋找一種不增強(qiáng)細(xì)菌耐藥性的抗菌材料是當(dāng)務(wù)之急，在細(xì)菌纖維素中添加無機(jī)或有機(jī)的高效抗菌劑成為研發(fā)細(xì)菌纖維素抗菌材料的主要方向。

3.2 天然抗菌劑改性細(xì)菌纖維素敷料

殼聚糖（CS）具備許多優(yōu)良的特性,如透氣性、水蒸氣滲透性、生物相容性、抗菌性和止血功能,在醫(yī)用皮膚敷料和藥物釋放領(lǐng)域受到廣泛的關(guān)注。江凱等以細(xì)菌纖維素、殼聚糖為原料,采用原位化學(xué)交聯(lián)的方式制備細(xì)菌纖維素-殼聚糖復(fù)合水凝膠并通過體外實(shí)驗(yàn)初步探討了其在醫(yī)用皮膚敷料和藥物傳輸中的應(yīng)用。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌有良好的抑制性，體外毒性實(shí)驗(yàn)表明水凝膠無細(xì)胞毒性。綜合以上結(jié)果可以看出,該凝膠具有優(yōu)異的抗菌性,有望作為一種新型可生物降解的抗菌敷料替代傳統(tǒng)敷料。

3.3 金屬及其氧化物抗菌改性細(xì)菌纖維素敷料

某些金屬如銀、銅、鋅等具有良好的抗菌性能，其離子可以通過溶解或反應(yīng)釋放到外部環(huán)境中，進(jìn)而殺滅細(xì)菌。金屬氧化物可在水中形成帶正電的空位，并吸附被殺死細(xì)菌的負(fù)電荷，從而造成親合力，最終通過將微生物膜裂解產(chǎn)生殺菌效果。Liu 等通過在BC 水凝膠的納米纖維上原位形成銀納米簇（Siver Nanoclusters, Ag NCs），制備抗菌銀納米簇基水凝膠，該水凝膠對(duì)革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌均表現(xiàn)出優(yōu)異的殺菌性能，使其成為沒有耐藥性的潛在抗菌材料。Almasi 等通過生化學(xué)和沉淀法兩種原位合成方法，制備CuO-BC 納米材料，抗菌實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該復(fù)合材料對(duì)大腸桿菌（革蘭氏陰性菌）和金黃色葡萄球菌（革蘭氏陽性性菌）的生長(zhǎng)都具有很好的抑制作用。

3.4 季銨鹽抗菌改性細(xì)菌纖維素敷料

季銨鹽類物質(zhì)在一定的pH 值中，會(huì)形成陽離子進(jìn)而吸附細(xì)菌中的負(fù)離子物質(zhì)，如細(xì)胞膜中的負(fù)離子物質(zhì)或細(xì)菌代謝中的帶負(fù)電荷的中間產(chǎn)物，從而破壞細(xì)菌的細(xì)胞壁、細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)或者合成系統(tǒng)，從而抑制細(xì)菌的繁殖或者直接殺死細(xì)菌。Liu 等選擇乙烯基2-甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨作為抗菌劑，以BC 為基體，通過自由基聚合法使季銨鹽大分子接枝在BC 表面，增加細(xì)菌纖維素表面電荷密度，導(dǎo)致其對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌活性增強(qiáng)。此外，這種復(fù)合材料還具備良好的體外生物相容性，為其在健康護(hù)理領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。

3.5 鹵胺抗菌改性細(xì)菌纖維素敷料

N-鹵胺化合物廣譜抗菌，可在10-30 min 內(nèi)使所有接種菌株失活，對(duì)人體安全，抗菌功能可再生，是一種“綠色”的抗菌劑。鹵胺類抗菌劑的抗菌原理主要是因?yàn)镹-Cl 結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的氧化性能，可以使細(xì)菌蛋白質(zhì)變性，同時(shí)其細(xì)胞膜表面的巰基被氧化，進(jìn)而破壞細(xì)菌細(xì)胞膜和細(xì)菌的正常代謝，抑制進(jìn)而殺死細(xì)菌。迄今為止，尚未有鹵胺化合物產(chǎn)生細(xì)菌耐藥性的報(bào)道。Zhang等嘗試將乙烯基鹵胺化合物共價(jià)接枝在BC 表面，結(jié)果表明，該復(fù)合敷料的抗菌性能優(yōu)異，可在30min 接觸時(shí)間內(nèi)使所有接種菌株失活，且生物安全性高，為設(shè)計(jì)新型高效殺菌傷口敷料提供了新的思路。

4 結(jié)語

細(xì)菌纖維素因其具有纖維超細(xì)、高純度、高結(jié)晶度、良好的機(jī)械性能、高持水性、良好的生物相容性及生物可降解性，其在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛的認(rèn)可及應(yīng)用，已成為一種具有極大發(fā)展?jié)摿Φ男虏牧稀榱送卣辜?xì)菌纖維素在抗菌領(lǐng)域的應(yīng)用，本文列舉了多種抗菌材料與細(xì)菌纖維素復(fù)合獲得抗菌能力的研究成果，結(jié)果表明復(fù)合抗菌敷料具有優(yōu)異的殺菌效果，是將來創(chuàng)傷敷料發(fā)展的重點(diǎn)方向。