本發(fā)明涉及醫(yī)用材料領(lǐng)域，具體是涉及一種基于群體感應(yīng)的接觸式殺菌表面及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、醫(yī)療器械相關(guān)的感染大多由細(xì)菌在表面定植形成生物膜引起。細(xì)菌附著在表面后，能夠分泌胞外聚合物幫助進(jìn)一步的不可逆附著，隨后細(xì)菌受群體感應(yīng)效應(yīng)的影響在表面定植、移動、聚集，構(gòu)建數(shù)百微米厚的生物膜。生物膜內(nèi)部的細(xì)菌會繼續(xù)分泌胞外聚合物為生物膜提供結(jié)構(gòu)支撐以及保護(hù)其中的細(xì)菌免受不良環(huán)境的損傷。因此相較于蜉蝣細(xì)菌，生物膜內(nèi)的細(xì)菌具有更強的抵御能力和恢復(fù)能力，這也是生物膜難以消除和導(dǎo)致反復(fù)感染的原因之一。

2、目前研究較為廣泛的抗菌策略主要有非接觸式殺菌和接觸式殺菌策略。非接觸式殺菌表面一般指負(fù)載了金屬離子或有機抗菌劑的釋放型殺菌表面，隨著時間推移浸出負(fù)載的抗菌劑，對粘附和臨近的細(xì)菌進(jìn)行殺滅。這種抗菌方式廣譜且不易產(chǎn)生耐藥性，但無法控制釋放速率會導(dǎo)致初期爆發(fā)式釋放，隨著時間延長釋放速率下降而導(dǎo)致抗菌效果不穩(wěn)定。與此相比，接觸式殺菌表面一般通過靜電吸附、共價連接等方式將抗菌劑錨定在材料表面，這種殺菌表面不受抗菌劑釋放速率的影響，能夠?qū)φ掣皆诒砻娴募?xì)菌具有均勻的殺滅作用，也不會因為抗菌劑儲存量有限影響殺菌效果。

3、群體感應(yīng)系統(tǒng)是一種協(xié)調(diào)細(xì)菌細(xì)胞密度依賴性基因表達(dá)的微生物系統(tǒng)。細(xì)菌能夠產(chǎn)生和感知信號分子，這些信號分子分泌到胞外后可在局部積累至激活特定基因轉(zhuǎn)錄的閾值，一旦達(dá)到臨界濃度就可與特定受體結(jié)合，通過一系列級聯(lián)反應(yīng)調(diào)節(jié)基因表達(dá)或生理活動，進(jìn)而影響微生物間的相互作用。

4、公開號為cn106902396a公開了一種在醫(yī)用材料表面上制備抗菌表面的方法，通過在醫(yī)用材料表面引入原子轉(zhuǎn)移自由基聚合引發(fā)劑，先接枝抗粘附聚合物，再引入疊氮基，最后通過點擊反應(yīng)引入抗菌劑，從而在材料表面制備抗粘附聚合物層和抗菌劑層共修飾的抗菌表面。但是該方法需要用到強氧化性溶液，很容易造成醫(yī)用材料表面結(jié)構(gòu)的極大破壞，對環(huán)境和操作人員的要求也較高。

5、公開號為cn111298203a公開了一種抗菌肽涂層，先利用胺和氨基酸環(huán)內(nèi)酸酐在常溫下一鍋法開環(huán)聚合反應(yīng)產(chǎn)生共聚物，然后將該多肽共聚物溶于水中形成溶液，最后將植入體浸泡于其中得到抗菌肽涂層。但由于多肽分子上含有氨基、羧基、羥基等很多極性基團(tuán)，使其產(chǎn)生較強的分子間氫鍵，從而使制備的抗菌肽涂層易吸水，限制了它在一些領(lǐng)域的應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于群體感應(yīng)的接觸式殺菌表面的制備方法，該方法制備過程溫和，工藝簡單。

2、一種基于群體感應(yīng)的接觸式殺菌表面的制備方法，包括以下步驟：

3、（1）提取細(xì)菌中的胞外聚合物；

4、（2）將步驟（1）得到的胞外聚合物溶于抗菌劑溶液中，得到負(fù)載抗菌劑的胞外聚合物溶液；

5、（3）將步驟（2）得到的負(fù)載抗菌劑的胞外聚合物溶液對清洗吹干后的基材進(jìn)行浸泡粘附，得到基于群體感應(yīng)的接觸式殺菌表面。

6、胞外聚合物通常是指細(xì)菌分泌到胞外的大分子聚合物，其主要成分為多糖、蛋白質(zhì)、核酸、脂質(zhì)、腐殖酸等。胞外聚合物中含有胺類官能團(tuán)、羧酸鹽和磷酸鹽等，能夠促進(jìn)細(xì)菌在表面的粘附。

7、本發(fā)明的胞外聚合物中的蛋白質(zhì)對抗生素有吸附作用，蛋白質(zhì)中羧基、羥基和胺基等官能團(tuán)能夠與抗生素形成穩(wěn)定、緊密的復(fù)合物。負(fù)載抗菌劑的胞外聚合物溶液在基材表面通過浸泡粘附在基材上，得到接觸式殺菌表面。

8、優(yōu)選地，步驟（1）中，所述的細(xì)菌選自枯草芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌的至少一種。

9、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述的枯草芽孢桿菌編號為atcc?6633，所述的金黃色葡萄球菌編號為atcc?6538，兩種細(xì)菌均來自中國微生物菌種保藏中心。

10、優(yōu)選地，步驟（1）中，所述的胞外聚合物的提取方法采用離心法。

11、所述的離心法的步驟為：將細(xì)菌接種在培養(yǎng)基中，置于振蕩培養(yǎng)箱中培養(yǎng)16~18h，取出后離心分離，過濾上清液，將上清液進(jìn)行透析后的液體冷凍干燥，得到胞外聚合物。

12、本發(fā)明采用的離心法提取胞外聚合物，通過離心時產(chǎn)生的離心力將微生物表面的聚合物剝離，該提取方法步驟簡單，不會使細(xì)胞破裂且無試劑污染。

13、優(yōu)選地，步驟（2）中，所述的抗菌劑為抗生素或殺菌劑。

14、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述的抗生素為左氧氟沙星、紅霉素、利奈唑胺的至少一種；所述的殺菌劑為氯己定。

15、優(yōu)選地，步驟（2）中，所述的負(fù)載抗菌劑的胞外聚合物溶液中，所述的抗菌劑的濃度為2~256?μg/ml。

16、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述的左氧氟沙星的濃度為2~8?μg/ml；所述的紅霉素濃度為16~256?μg/ml；所述的利奈唑胺的濃度為16~256?μg/ml；所述的氯己定濃度為25~100?μg/ml。

17、優(yōu)選地，步驟（2）中，所述的負(fù)載抗菌劑的胞外聚合物溶液中，所述的胞外聚合物濃度為10~30?mg/ml。

18、優(yōu)選地，步驟（3）中，所述的基材為硅片。

19、優(yōu)選地，步驟（3）中，所述的基材的清洗步驟為：首先使用無水乙醇、去離子水或超純水超聲清洗基材，隨后使用氮氣吹干基材表面。

20、優(yōu)選地，步驟（3）中，所述的浸泡粘附為常溫粘附，時間在0.5?h以上。

21、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述的浸泡粘附的時間為2?h以上。

22、本發(fā)明還提供了上述制備方法制備的基于群體感應(yīng)的接觸式殺菌表面，能夠促進(jìn)細(xì)菌在表面粘附并通過抗生素將其殺滅，具有良好的抗菌活性。

23、優(yōu)選地，所述的接觸式殺菌表面具有抗金黃色葡萄球菌和大腸桿菌活性。

24、本發(fā)明還提供了上述的基于群體感應(yīng)的接觸式殺菌表面在植介入醫(yī)療器械領(lǐng)域的應(yīng)用，通過胞外聚合物將抗菌劑復(fù)合在基材表面，不受抗菌劑釋放速率的影響，而且能夠粘附細(xì)菌，并對粘附在其表面的細(xì)菌具有均勻的殺滅作用，能夠預(yù)防感染。

25、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達(dá)到的有益效果是：

26、（1）選用細(xì)菌提取的胞外聚合物作為促細(xì)菌粘附的活性物質(zhì)，并將抗菌劑負(fù)載其中，制備得到的接觸式殺菌表面具有抗金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的活性。

27、（2）本發(fā)明的接觸式殺菌表面制備過程溫和，工藝簡單，無需復(fù)雜的分子設(shè)計和表面預(yù)處理，通過簡單浸泡即可實現(xiàn)。

28、（3）本發(fā)明得到的基于群體感應(yīng)的接觸式殺菌表面在植介入體內(nèi)的醫(yī)療器械領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景，能夠?qū)φ掣皆诒砻娴募?xì)菌具有均勻的殺滅作用，能夠預(yù)防感染。

技術(shù)特征：

1.一種基于群體感應(yīng)的接觸式殺菌表面的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接觸式殺菌表面的制備方法，其特征在于，步驟（1）中，所述的細(xì)菌選自枯草芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌的至少一種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接觸式殺菌表面的制備方法，其特征在于，步驟（1）中，所述的胞外聚合物的提取方法采用離心法；所述的離心法的步驟為：將細(xì)菌接種在培養(yǎng)基中，置于振蕩培養(yǎng)箱中培養(yǎng)16~18?h，取出后離心分離，過濾上清液，將上清液進(jìn)行透析后的液體冷凍干燥，得到胞外聚合物。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接觸式殺菌表面的制備方法，其特征在于，步驟（2）中，所述的抗菌劑為抗生素或殺菌劑。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的接觸式殺菌表面的制備方法，其特征在于，所述的抗生素為左氧氟沙星、紅霉素、利奈唑胺的至少一種；所述的殺菌劑為氯己定。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接觸式殺菌表面的制備方法，其特征在于，步驟（2）中，所述的負(fù)載抗菌劑的胞外聚合物溶液中，所述的抗菌劑的濃度為2~256?μg/ml，所述的胞外聚合物濃度為10~30?mg/ml。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接觸式殺菌表面的制備方法，其特征在于，步驟（3）中，所述的基材為硅片。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接觸式殺菌表面的制備方法，其特征在于，步驟（3）中，所述的浸泡粘附為常溫粘附，時間在0.5?h以上。

9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一所述的接觸式殺菌表面的制備方法制備的基于群體感應(yīng)的接觸式殺菌表面。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于群體感應(yīng)的接觸式殺菌表面在植介入醫(yī)療器械領(lǐng)域的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于群體感應(yīng)的接觸式殺菌表面及其制備方法和應(yīng)用，涉及醫(yī)用材料技術(shù)領(lǐng)域。先提取細(xì)菌的胞外聚合物，將其溶于抗菌劑溶液中，得到負(fù)載抗菌劑的胞外聚合物溶液，并使用其對清洗吹干后的基材進(jìn)行浸泡粘附，得到基于群體感應(yīng)的接觸式殺菌表面，制備過程溫和，工藝簡單，無需復(fù)雜的分子設(shè)計和表面預(yù)處理，通過簡單浸泡即可實現(xiàn)。制備得到的接觸式抗菌表面對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌均表現(xiàn)出抗菌活性，在植介入醫(yī)療器械領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景，能夠預(yù)防細(xì)菌感染。

技術(shù)研發(fā)人員：劉曉梅,蔡珂丹,閆琦,劉奕,黃晶,鳳曉華,張波濤,楊睿,吳雙杰,周平,李華
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10