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文 | 笑史云烟
编辑 | 笑史云烟
«——【·前言·】——»
海藻酸钙水凝胶珠和两套复合珠，由海藻酸钙，海藻酸丙二醇，人血清白蛋白组合以及海藻酸钙与季铵盐形成。牛血清白蛋白与戊二醛缩合形成BSA水凝胶。还形成了所有上述水凝胶的相应的含Ag +凝胶，并且从凝胶中缓慢浸出杀生物过渡金属离子赋予了广谱抗菌活性。
在没有添加 Ag +的情况下，CaALG是唯一能够提供边缘至中等抗菌和抗真菌作用的材料。银+浸渍的水凝胶系统有可能保持银的抗菌特性，最大限度地降低毒性风险，并充当持续无菌的储存库。
«——【·简介·】——»
在医学背景下，目前人们对碳水化合物和蛋白质来源的天然水凝胶很感兴趣，因为它们往往是无毒的、生物相容性和可生物降解的，目前人们广泛关注通过将抗菌剂掺入聚合物基质中来增强这些生物聚合物的性能，以应用于食品包装、伤口敷料和药物输送。
随着对传统抗生素的抗菌耐药性不断增加成为一个全球性的医疗保健问题，金属复合物作为抗菌剂的研究重新兴起。
水凝胶中含有杀菌性银离子可以提供双重功能：它们能够保持材料本身的无菌性，并且作为缓慢、持续地将治疗性金属阳离子递送至目标微生物病原体的储存库，Ag +离子对蛋白质硫醇*能官**团的强结合亲和力是其非特异性、多模式抗菌作用和微生物最终死亡的核心。
这种消毒特性，加上对哺乳动物细胞相对较高的毒性阈值，使得 Ag +成为良好的消毒剂，纳入抗菌水凝胶的候选者。
与戊二醛交联的牛血清白蛋白是一种著名的伤口粘合水凝胶，由 CryoLife Inc. 以 BioGlue 名称销售。
2001 年获得美国食品和药物管理局批准，广泛用作手术中的粘合剂，例如涉及主动脉、股动脉和颈动脉修复的手术，当BioGlue用于开颅手术的患者时，手术部位感染发生率增加 ，而当停止使用时，感染率恢复到 1% 的正常水平。
本文描述了一些已注入 Ag +阳离子的藻酸盐和BSA水凝胶的合成和抗菌筛选。我们报告了一种新型的银浸渍抗菌剂，对市售生物粘合剂BioGlue进行了改造。
人们对开发和使用含银海藻酸盐水凝胶材料产生了浓厚的研究兴趣，并且大量研究调查了海藻酸盐的抗菌特性，目前的研究是第一份对银浸渍水凝胶的广谱抗菌特性进行调查的报告，该水凝胶含有化学改性的藻酸盐水凝胶、血清白蛋白-丙二醇藻酸盐和藻酸盐季铵盐。
«——【·材料和方法·】——»
原子吸收光谱使用校准级AgNO3，使用粘度为 20-40 cps、 H2O 中浓度为1% w / v的海藻酸钠，酯化率为70%的海藻酸丙二醇酯购自Wako。
Millipore 去离子水用于水凝胶和溶液的制备。全银+在没有光的情况下制备含有水凝胶，并将样品储存在黑暗中。
使用扫描电子显微镜和能量色散X射线分析对藻酸盐水凝胶珠进行表面表征，所用仪器为含有钨丝电子源的日立S-3200-N，最大放大倍数为 300,000，分辨率为 3.5 nm。
该显微镜配备了带有硅漂移探测器的 Oxford Instrument INCAx-act EDX 系统。使用 Gilosonic 自动筛测定干燥藻酸盐珠的尺寸限制。
使用 Perkin Elmer system 2000 FT-IR 光谱仪，以KBr盘或NaCl板之间的液膜形式记录红外光谱。使用 Flash EA 1112 系列元素分析仪和 Eager 300 操作软件进行 CHN 元素分析。
使用原子吸收光谱仪或通过阳极溶出伏安法电化学测量Ag +离子含量，对于 AA 测量，将干燥、预先称重的藻酸盐和BSA样品在本生灯上的陶瓷坩埚中灰化，并将残留物溶解在硝酸水溶液中。
冷却后，将酸溶液重力过滤至250cm 3容量瓶中，用去离子水定容至刻度。对该储备溶液进行1比25的稀释，并对照使用已知浓度的AgNO3产生的标准曲线测量银含量。
对于使用阳极溶出伏安法测定 Ag +离子，遵循与Holt和Bard描述的方法类似的方法，所有实验均在法拉第笼中进行，电池上覆盖有铝箔，以确保在无光的情况下获得实验数据。
使用循环伏安法、恒电位伏安法和线性扫描伏安法实现了电化学参数、Ag +沉积时间和电位以及阳极剥离电位窗口的优化。剥离峰值电流相对于实验沉积时间进行归一化，并且由标准AgNO 3溶液生成线性校准曲线。
在55小时内对从水凝胶盘中浸出的银离子进行电化学监测，所有圆盘的质量相同，并封装在固定在电化学电池底部的铂网下方。网笼确保水凝胶与电极保持分离，并限制由于在整个实验期间操作工作电极可能产生的对流而导致的强制浸出。
池中溶液的总体积为60 cm 3在每次剥离方案之后，将电极从溶液中取出、抛光并干燥，然后再进行后续测量。应用上述电化学清洁步骤电位可确保在测量之间进行抛光之前电极表面上没有残留银。
1.水凝胶合成
CaALG 水凝胶珠是使用文献程序的改编来制备的，将海藻酸钠水溶液从注射器滴加到CaCl 2溶液中，CaCl 2溶液表面与注射器底部之间的距离固定为60mm，滴速保持在0.2mL/min。磁力搅拌0.5小时形成球形珠。
将新形成的珠子浸入 CaCl 2溶液24小时。然后通过过滤除去珠子并用去离子水反复洗涤以除去任何过量的CaCl 2溶液。将这些珠子储存在残留去离子水存在下以供进一步使用。
2.海藻酸钙，海藻酸丙二醇，人血清白蛋白复合珠。
海藻酸丙二醇酯是由环氧丙烷和海藻酸反应形成的部分酯化衍生物，其中约 70%的羧基被丙二醇酯化，这些珠子是根据 Edwards-Levy 等人开发的方法改编而成的，将海藻酸钠溶解在去离子水中。
添加PGA水溶液，然后添加人血清白蛋白溶液，将混合物在室温下搅拌24小时。将所得粘稠溶液置于注射器中并逐滴添加至CaCl2溶液。
为了获得最佳的珠子形成，CaCl2溶液与注射器底部之间的距离固定为60mm，滴速为0.2mL/min。珠子在磁力搅拌0.5小时下形成，过滤，然后用去离子水反复洗涤。
将所得不透明珠添加至新制备的氢氧化钠溶液中并搅拌0.25小时。由于 HSA 与 PGA 在碱性介质中发生反应，珠子在与氢氧化钠溶液接触后立即变成白色。
滤出珠子并置于缓冲溶液中0.25小时，过滤后，用去离子水反复洗涤，以除去表面多余的溶液。通过在残留的去离子水存在下储存，珠子保持其水凝胶状态。
2.海藻酸钙，海藻酸季铵复合水凝胶珠
通过海藻酸钠与-十八烷基二甲基氯化铵在酸性溶液中反应制备含有季铵基团的海藻酸盐，该反应通过共价、不可水解的键将季铵基团锚定到聚合物主链上。
将藻酸钠(4.0g)缓慢添加至搅拌的去离子水中，并向其中添加-十八烷基二甲基氯化铵的水溶液，然后在室温下添加乙酸水溶液以将pH降低至4。
混合物从浅黄色变为乳白色并搅拌24小时。将所得粘稠溶液放入注射器中并逐滴分配至CaCl 2溶液中，CaCl 2之间的距离溶液表面距注射器底部60mm，滴速0.2mL/min，磁力搅拌 0.5 小时形成光滑的球形珠。
将新形成的珠子浸入CaCl 2溶液中24小时，然后通过过滤除去珠子并用去离子水反复洗涤以除去任何过量的CaCl 2溶液。
在Ag +离子掺入CaALG复合珠之前，将与季铵基团相关的氯抗衡离子交换为硝酸根离子，以避免 AgCl 沉淀。将复合珠放入离子交换管中，并用硝酸连续洗涤，直至氯离子减少，这些珠子在残留去离子水存在的情况下储存。
«——【·结果和讨论·】——»
三组藻酸盐水凝胶珠使用Ca 2+离子作为主要交联剂，对于 CaALG/PGA/HSA，HSA 提供了额外的交联，这使珠子具有更好的结构完整性，并为后续的 Ag + 提供了额外的位点。
CaALG复合珠的FTIR光谱显示在908和1100cm -1处的谱带，与报道的值一致，并且分别归属于Si-OC和Si-O拉伸，季铵原料中存在的1193cm -1处的O-CH 3伸缩带的消失表明SiOCH 3基团已经水解并且甲氧基消失。
与海藻酸钠的光谱中的那些相比，烷基在2920和2851cm -1处的CH伸缩带的强度显着增加，珠子的 EDX 光谱在 1.74 keV 处显示一条线，指定为 K α1硅线。这些发现与-十八烷基二甲基氯化铵与藻酸盐链的连接一致。
元素分析数据证实了氮的存在，并且与 CaALG 相比，CaALG的碳含量有所增加，这与长烷基链与藻酸盐的连接一致。CaALG珠子的氯离子交换为硝酸根离子后，干燥珠子的 EDX 光谱中的氯离子信号减少。
通过将预先形成的含Ca 2+的珠子浸入AgNO溶液中，完成用Ag +取代各种珠子中的一些Ca 2+离子CaALG和PGA为3小时，QA 为 24 小时。通过 EDX 分析证实了Ag +离子封装到藻酸盐水凝胶中。
BSA +水凝胶的制备涉及将AgNO 3溶液添加到BSA水溶液中。应当注意的是，如果在BSA +的合成中使用过多的Ag +离子，则形成非粘性糊状物而不是水凝胶。在 BSA+水凝胶形成过程中添加太少的 Ag +离子会产生缺乏有效抗菌保护的凝胶。
当生物聚合物材料处于干凝胶形式时，记录它们的表面形态。对于各种类型的海藻酸钙珠，添加Ag +离子的珠的形态与不含Ag +离子的前体珠非常相似。
在用Ag +离子浸渍后，没有观察到藻酸盐珠的尺寸发生显着变化，CaALG和Ag +珠子的中值直径均在 600–710 µm 范围内。图3所示为三种类型的干凝胶形式的含Ag +藻酸盐珠的SEM显微照片，通过浸入0.1 M AgNO 3中制备。
Ag +珠几乎呈球形，并且具有非常光滑的形态，CaALG复合珠的对称性明显较差，这可能是由于用于胶凝过程的聚合物溶液粘度增加所致，并且它们的表面呈现出大的褶皱。CaALG珠子含有季铵功能，具有非常颗粒状的形态。
还获得了不含 Ag +和含 Ag +的 BSA/GLA 干凝胶的 SEM 图像，无金属 BSA/GLA 复合材料的表面看起来很光滑，尽管它非常不均匀并且包含直径约 100 微米的深坑。
干燥样品中的后一个压痕可能是渗透到前一个水凝胶中的大的充满水的大孔的残余物，BSA样品也具有非常光滑的表面，但没有凹坑凹痕，这可能反映了孔隙率的降低以及由于驻留 Ag +的交联而产生的更紧密的基质离子。
使用另外10倍高浓度的AgNO 3制备的BSA，并且没有形成真正的水凝胶，具有更粗糙的外观，并且AgNO3的晶体清晰可见。
在室温下，使用溶出伏安法在多个时间点记录Ag +离子从BSA和BSA水凝胶浸出到含水NaNO3支持电解质中。
55小时期间，对于这两个样品，在第一个小时内，Ag +离子从材料中相对快速地浸出到支持电解质中。Ag +离子的释放随后减慢，并且在大约之后，24 h出现达到平衡浓度值。在这个时间点，Ag 和BSA+分别为原始Ag +含量的35%和38%分别被释放到支持电解质溶液中。
Ag +离子从 BSA/GLA 水凝胶中浸出的程度与 Babu 等人报道的没有太大不同，他们的基于聚乙二醇或乳糖骨架的3,4-二羟基苯基-1-丙氨酸聚合物凝胶。
所有含Ag +的凝胶样品均表现出一定程度的微生物生长抑制作用。对于三组藻酸盐配对，通常发现使用较高浓度的AgNO 3制备的样品对大多数微生物表现出优异的活性。
使用0.1 M AgNO3制备的三种藻酸盐样品对白色念珠菌真菌细胞具有特别的破坏性，其中CaALG+ 0.1产生最大效果：抑制区为306 mm 2。两个 Ag +样品仅抑制与真菌直接接触点的生长，这意味着在这些情况下，Ag +没有扩散。
一般来说，Ag +水凝胶表现出中等至良好的抗菌活性，尽管这些细菌的细胞壁组成非常不同，但革兰氏阳性和革兰氏阴性生物之间没有任何明显的偏差。
不含Ag +和含Ag +的CaALG样品在两种铜绿 假单胞菌菌株之间发挥了显着程度的选择性，对10,145 菌株的活性明显更高。
«——【·结论·】——»
我们已经证明，含 Ag +的功能化藻酸盐和 BSA水凝胶可以使用廉价、易得的起始材料轻松制备，并对多种微生物病原体提供良好的生长抑制作用。含有侧季铵基团的海藻酸盐在不添加 Ag +离子的情况下具有生物活性。
就其在临床中的*在用潜**途而言，无论是作为皮肤伤口抗菌基质还是富含抗菌剂的组织粘合剂，藻酸盐和含 BSA/GLA Ag +的凝胶都通过缓慢和缓慢的作用发挥寡动力效应。
持续释放抗菌Ag +离子，有效降低生物负载。这里描述的基于生物大分子的水凝胶系统有可能最大限度地降低银毒性的风险，同时保持抗菌特性，因为银可以少量释放，水凝胶材料保留了Ag +离子库，其应足以提供材料本身的持续无菌性。
«——【·参考文献·】——»
【1】科塔勒，《多糖的化学功能化——面向生物医学应用的生物相容性水凝胶》，宾夕法尼亚大学出版社，2000年。
【2】维加诺，《对金黄色葡萄球菌暴露于Ag后释放的蛋白质进行蛋白质组学分析》耶鲁大学出版社，2015年。
【3】米尼奥，《从海藻酸钙凝胶珠中捕获和释放聚苯乙烯磺酸钠 》，杜克大学出版社，2011年。