應(yīng)用6%納米二氧化硅改性氰基丙烯酸酯抗菌膠的抗菌性研究

陳 文，梁向黨，孫 賡，蔡宏飛，劉詩灤，房卓群

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·論著·

應(yīng)用6%納米二氧化硅改性氰基丙烯酸酯抗菌膠的抗菌性研究

陳 文，梁向黨，孫 賡，蔡宏飛，劉詩灤，房卓群

目的 研究應(yīng)用6%納米二氧化硅改性氰基丙烯酸酯抗菌膠的抗菌性能。方法 采用濾紙片法測試6%納米二氧化硅/抗菌膠對金黃色葡萄球菌(ATCC29213)的抑菌性能，以未改性的抗菌膠作為對照，測量抑菌圈直徑。制作大鼠外傷動物模型，分別用6%納米二氧化硅抗菌膠及紗布包扎處理傷口，觀察傷口的大體情況，并做動脈血常規(guī)及創(chuàng)面組織病理切片檢測白細胞計數(shù)。結(jié)果 6%納米二氧化硅/抗菌膠組第5天的抑菌圈直徑為(28.61±0.91)mm，抗菌膠組為(28.24±2.69)mm,兩組比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。動物實驗方面，在血常規(guī)及創(chuàng)面組織病理切片中，6%納米二氧化硅/抗菌膠處理創(chuàng)面的感染情況均低于紗布包扎組(P<0.05)。結(jié)論 6%納米二氧化硅改性的抗菌膠具有較好的抗菌性能(抗金黃色葡萄球菌)。

氰丙烯酸鹽類；抗菌膠；納米結(jié)構(gòu)；二氧化硅；三氯生

1949年，德國首次人工合成氰基丙烯酸酯粘接劑(cyanoacrylate， CA)，其后開創(chuàng)了瞬間粘接的新時期[1-4]。氰基丙烯酸酯膠粘劑具有單組份、無溶劑、可溶解多種物質(zhì)、無色透明、室溫下快速固化且不需要固化設(shè)備、粘結(jié)強度高、能粘結(jié)多種物質(zhì)等特點[5],是目前常用的醫(yī)用快速膠粘劑，現(xiàn)已在臨床上廣泛應(yīng)用,以替代手術(shù)縫線、粘結(jié)固定、止血等[5-9]。但是，臨床工作中我們發(fā)現(xiàn)氰基丙烯酸酯膠粘劑存在抗菌性差、固化后脆性較大、易于開裂等不足[10]。針對上述不足，我們在其中加入其他材料進行改性研究。在前期工作中，我們研制出5%三氯生/氰基丙烯酸酯抗菌膠(以下簡稱抗菌膠)[11],后又在其基礎(chǔ)上添加6%納米二氧化硅制成新型抗菌膠，并通過檢測證實6%納米二氧化硅/抗菌膠的粘結(jié)強度、韌性、粘度等性能均優(yōu)于純氰基丙烯酸酯及抗菌膠。本研究通過濾紙片法分析新型抗菌膠的抗菌性，并進行動物實驗驗證其在外傷動物模型中的抗菌效果，綜合分析新型抗菌膠的抗菌性能。

1 材料與方法

1.1 實驗動物及主要試劑 健康SD大鼠60只，雄性，鼠齡2個月，體重180～220 g，由解放軍總醫(yī)院動物中心提供[SCXX(京)2012-0001]。氰基丙烯酸酯(廣州白云醫(yī)用膠有限公司，批號：121212)，三氯生(北京桑普生物化學(xué)技術(shù)有限公司)，瓦克H18疏水型納米二氧化硅(上海貝青利公司)，金黃色葡萄球菌標準株(ATCC29213)，由中國人民解放軍軍事科學(xué)院疾病預(yù)防控制中心提供。

1.2 濾紙片法 采用濾紙片法[12]檢測改性后6%納米二氧化硅/抗菌膠的抗菌性，為6%納米二氧化硅/抗菌膠組，以未改性的抗菌膠(5%三氯生/氰基丙烯酸酯)作為對照，設(shè)為抗菌膠組，每組各10例。將10 μl 6%納米二氧化硅/抗菌膠和未改性抗菌膠分別加入到直徑為6 mm的圓形濾紙片上，固化后形成圓形膠塊，放入已接種金黃色葡萄球菌(ATCC29213)的平板內(nèi)，置入(37±2)℃恒溫箱培養(yǎng)24 h后測量抑菌圈直徑。抑菌圈的大小反映測試菌對測定藥物的敏感程度，其直徑大小與該藥對測試菌的最低抑菌濃度(MIC)呈負相關(guān)關(guān)系，即抑菌圈愈大，MIC愈小。測量后，再次取出兩組抗菌膠濾紙片，放入新的平板內(nèi)，置入恒溫箱培養(yǎng)24 h，測量抑菌環(huán)直徑，如此反復(fù)，連續(xù)觀測5 d，檢測兩組抗菌膠的持續(xù)抑菌能力。

1.3 動物實驗 首先制作大鼠外傷模型，將60只大鼠用10%水合氯醛溶液(30 mg/kg)腹腔注射進行麻醉，俯臥位固定，備皮，鋪單。在大鼠背部近臀部脊柱旁開兩側(cè)0.5 cm處各切除一個大小為2 cm×2 cm的全層皮膚創(chuàng)面，深達肌層，切除筋膜，造成出血。在傷口內(nèi)緩慢滴入1 ml金黃色葡萄球菌菌液(108cfu/ml)[13]，再用無菌棉棒在創(chuàng)面沿上下、左右的方向各涂擦1次，隨后取1 g無菌沙均勻平鋪在創(chuàng)面上，無菌沙在創(chuàng)面上的厚度平均約為0.4 mm。造模成功后，將60只SD大鼠隨機分為6%納米二氧化硅/抗菌膠組和紗布包扎組，每組各30只，6%納米二氧化硅/抗菌膠組用6%納米二氧化硅/抗菌膠處理創(chuàng)面，取1 g 6%納米二氧化硅/抗菌膠膠涂在聚氨酯膜上，然后覆蓋在創(chuàng)面上加壓10 min，每3 h更換1次。紗布包扎組僅用無菌紗布包扎，每3 h更換1次紗布。觀察創(chuàng)面的大體情況，并作創(chuàng)面組織病理切片及動脈血常規(guī)檢測白細胞計數(shù)[14]。實驗完成后，處死大鼠。

2 結(jié)果

2.1 濾紙片法檢測結(jié)果 6%納米二氧化硅/抗菌膠組第1天的抑菌圈直徑為(29.37±1.51)mm，抗菌膠組為(28.71±2.25)mm，兩組比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)；6%納米二氧化硅/抗菌膠組第5天的抑菌圈直徑為(28.61±0.91)mm，抗菌膠組為(28.24±2.69)mm，兩組比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，見圖1。

圖1 兩組實驗第1天和第5天抑菌圈直徑比較aP<0.05

2.2 動物實驗結(jié)果 大鼠創(chuàng)面的大體觀察，6%納米二氧化硅/抗菌膠處理的傷口與紗布包扎組比較，其感染情況輕，傷口呈鮮紅色，分泌物等較少，動脈血中及創(chuàng)面組織病理切片白細胞計數(shù)低于紗布包扎組(P<0.05)，見表1、2，見圖2、3、4、5。

圖2 第24小時肉眼觀察兩組大鼠創(chuàng)面組織大體情況

A.6%納米二氧化硅/抗菌膠組；B.紗布包扎組

圖3 第24小時兩組大鼠創(chuàng)面鏡下病理學(xué)形態(tài)(HE×40)

A.6%納米二氧化硅/抗菌膠組；B.紗布包扎組

表1 兩組大鼠動脈血白細胞計數(shù)比較

注：與紗布包扎組比較，aP<0.05

表2 兩組大鼠創(chuàng)面組織病理切片鏡下白細胞計數(shù)比較

注：創(chuàng)面組織病理切片白細胞計數(shù)為10個高倍鏡視野下的白細胞總數(shù)；與紗布包扎組比較，aP<0.05

圖4 兩組大鼠不同時間點動脈血白細胞計數(shù)變化趨勢比較

圖5 兩組大鼠不同時間點創(chuàng)面組織病理切片白細胞計數(shù)變化趨勢比較

3 討論

氰基丙烯酸酯是目前臨床廣泛應(yīng)用的醫(yī)用膠之一，具有單組分、無溶劑、可溶解多種物質(zhì)的特性，這些特性使通過在其中加入其他組分對其進行改性成為可能[5]。目前，國內(nèi)外已有大量學(xué)者從事相關(guān)研究[15-16]。我們也在進行氰基丙烯酸酯改性研究，并計劃以改性后的氰基丙烯酸酯為基礎(chǔ)制成新型外傷敷料?；谶@種外傷敷料的實際用途，通過改性使氰基丙烯酸酯醫(yī)用膠具備抗菌性及更優(yōu)異的理化性能成為我們研究的重要內(nèi)容[3,17]。

在開放傷感染中，金黃色葡萄球菌是重要的致病菌，因此，抗金黃色葡萄球菌是外傷早期處理中的重要內(nèi)容。Murray等[13]報道在2004年春季伊拉克戰(zhàn)爭中，第31戰(zhàn)場支持醫(yī)院共接診了49名(61處四肢傷口)急性創(chuàng)傷損傷傷員。30處傷口(49%)出現(xiàn)細菌生長(40種細菌)。18名傷員(20處傷口)接受了臨時醫(yī)療處置(清創(chuàng)或/和抗微生物治療)，其中6名傷員出現(xiàn)了共9種細菌生長。而在31名未接受臨時醫(yī)療處置的傷員中，24名傷員生長了31種細菌。所有細菌中93%的是革蘭氏陽性菌，只有3種是革蘭陰性菌。實驗數(shù)據(jù)顯示在早期傷口處置時無須處置革蘭氏陰性細菌，如：銅綠假單胞菌或不動桿菌。據(jù)此我們選擇金黃色葡萄球菌作為實驗用細菌菌種。

綜合之前的理化實驗，添加6%納米二氧化硅改性主要提高了抗菌膠的理化性能，并且沒有降低其抗菌性能，在動物實驗中也表現(xiàn)出較好的抗菌效果。其抗菌性能主要源自以下三個方面：①三氯生是一種廣譜抗微生物制劑，其對革蘭氏陽性菌、陰性菌及病毒均有殺滅和抑制作用[18]。其殺菌機理是先吸附于細菌細胞壁，進而穿透細胞壁，與細胞質(zhì)中的脂質(zhì)、蛋白質(zhì)反應(yīng)，導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性，進而殺死細菌[19]。同時，由于三氯生不溶于水，不容易被溶解吸收，使得三氯生在抗菌膠中緩慢釋放，達到長效抗菌的效果。②氰基丙烯酸酯也具有一定的抗菌能力。研究表明它對革蘭氏陽性菌有抗菌作用，但對革蘭陰性菌無抗菌作用[20]。③抗菌膠固化后能有效地隔絕異物，防止傷口的二次污染。同時，每次更換抗菌膠時，創(chuàng)面內(nèi)的異物及細菌甚至是壞死組織可粘在膠上被攜帶走，達到類似清創(chuàng)的效果。綜合本研究結(jié)果，6%納米二氧化硅改性的抗菌膠具有較好的抗金黃色葡萄球菌性能。

[1] Georg D, Matthias N, Ojan A,etal. Influence of preoperative skin sealing with cyanoacrylate on microbial contamination of surgical wounds following trauma surgery: a prospective, blinded, controlled observational study[J].International Journal of Infectious Diseases， 2014,29(12):274-278.

[2] 雷鳴.醫(yī)用氰基丙烯酸酯粘合劑在創(chuàng)傷骨科中的研究進展[J].中國矯形外科雜志,2011,19(12):1005-1007.

[3] Singer A J, Quinn J V, Hollander J E. The cyanoacrylate topical skin adhesives[J].The American journal of Emergency Medicine, 2008，26(4):490-496.

[4] Ardis A.E. US，2467926，2467927[P].1949.

[5] Nitsch A, Pabyk A, Honig J,etal. Cellular, histomorphologic, and clinical characteristics of a new octyl-2-cyanoacrylate skin adhesive[J].Aesthetic Plast Surg, 2005,29(1):53-58.

[6] 李嬌娥,關(guān)娟,趙娜,等.清創(chuàng)粘合術(shù)在眼周皮膚裂傷患兒中的應(yīng)用[J].中國斜視與小兒眼科雜志,2009,17(1):23-24.

[7] Aksoy M, Turnadere E, Ayalp K,etal. Cyanoacrylate for wound closure in prosthetic vascular graft surgery to prevent infections through contamination[J].Surg Today, 2006,36(1):52-56.

[8] Losanoff J E, Richman B W, Jones J W. Cyanoacrylate adhesive in management of severe presacral bleeding[J].Dis Colon Rectum, 2002,45(8):1118-1119.

[9] Sugimoto N, Watanabe K, Ogata S,etal. Endoscopic hemostasis for bleeding gastric varices treated by combination of variceal ligation and sclerotherapy with n-butyl-2-cyanoacrylate[J].J Gastroenterol, 2007,42(7):528-532.

[10]Petrov C, Serafimov B, Kotzev D L. Strength, deformation and relaxation of joints bonded with modified cyanoacrylate adhesives[J].Int J Adhes Adhes, 1988,8(4):207-210.

[11]張豪杰.復(fù)合抗菌劑的醫(yī)用粘接劑抗菌性能及粘接強度的研究[D].天津:南開大學(xué)研究生院,2010:2.

[12]王輝,徐英春,陳民鈞.簡要介紹美國nccls藥敏試驗紙片擴散法法規(guī)(1993年12月版)[J].中華醫(yī)學(xué)檢驗雜志,1995，18(1)：60-62.

[13]Murray C K, Roop S A, Hospenthal D R,etal. Bacteriology of war wounds at the time of injury[J].Mil Med, 2006,171(9):826-829.

[14]Mehta P H, Dunn K A, Bradfield J F,etal. Contaminated wounds: Infection rates with subcutaneous sutures[J].Ann Emerg Med, 1996,27(1):43-48.

[15]Lim J I, Kim J H, Park H-K. The adhesive properties of prepolymerized allyl 2-cyanoacrylate/poly L-3,4-dihydroxyphenylalanine for use as bioglue[J].Materials Letters, 2012,81:251-253.

[16]Fadaie P, Atai M, Imani M,etal. Cyanoacrylate-POSS nanocomposites: novel adhesives with improved properties for dental applications[J].Dent Mater, 2013,29(6):e61-e69.

[17]Singer A J, Hollander J E, Quinn J V. Evaluation and Management of Traumatic Lacerations[J].N Engl J Med, 1997,337(16):1142-1148.

[18]Barbolt T A. Chemistry and safety of triclosan, and its use as an antimicrobial coating on coated VICRYL* Plus antibacterial suture (coated polyglactin 910 suture with triclosan)[J].Surgical Infections, 2002,3(suppl 1):s45-s53.

[19]Heath R J, Rubin J R, Holland D R,etal. Mechanism of triclosan inhibition of bacterial fatty acid synthesis[J].J Biol Chem, 1999，274(16):11110-11114.

[20]Bhende S, Rothenburger S, Spangler D J,etal. In vitro assessment of microbial barrier properties of dermabond topical skin adhesive[J].Surg Infect (Larchmt), 2002,3(3):251-257.

An Antimicrobial Study on Cyanoacrylate Antimicrobial Adhesive Modified by 6% Nano-silica

CHEN Wen1, LIANG Xiang-dang1, SUN Geng2, CAI Hong-fei3, LIU Shi-luan1, FANG Zhuo-qun1

(1. Department of Orthopedics, General Hospital of the PLA, Beijing 100853, China; 2. Department of Orthopedics, 252 Hospital of the PLA, Baoding, Hebei 071000, China; 3. Department of Thoracic Surgery, the First Hospital of Jilin University, Changchun 130021, China)

Objective To study the antimicrobial function of Cyanoacrylate antimicrobial adhesive modified by modified. Methods Antimicrobial function to staphylococcus aureus (ATCC29213) of cyanoacrylate antimicrobial adhesive modified 6% nano-silica was examined with filter paper method, while unmodified antimicrobial adhesive was used as a control group, and the diameter of the inhibition zone was detected. The rat models of external injury were established, and then the wounds were treated with 6% nano-silica antimicrobial adhesive and gauze bandage respectively. The general conditions of wounds were observed, and routine blood tests and pathological sections were performed to calculate white blood cell count (WBC). Results The diameter of inhibition zone in antimicrobial adhesive modified 6% nano-silica group on 5thd after treatment was (28.61±0.91) mm, while the diameter in control group was (28.24±2.69) mm, but the difference was not statistically significant (P<0.05). The blood routine tests and pathological sections showed that 6% nano-silica or antimicrobial adhesive had a lower infection rate than that by gauze bandage (P<0.05). Conclusion The Cyanoacrylate antimicrobial adhesive modified by 6% nano-silica has a good antimicrobial function (resistant staphylococcus aureus).

Cyanoacrylates; Antimicrobial adhesive; Nanostructures； Silicon dioxide； Triclosan

軍事醫(yī)學(xué)創(chuàng)新專項計劃重點項目(13CXZ032)；科技部國際合作專項課題(2014DFA31230)

100853北京,解放軍總醫(yī)院骨科(陳文、梁向黨、劉詩灤、房卓群)；071000河北 保定，解放軍252醫(yī)院骨科(孫賡)；130021 長春，吉林大學(xué)第一醫(yī)院胸外科(蔡宏飛)

R-332

A

2095-140X(2015)03-0037-04

10.3969/j.issn.2095-140X.2015.03.009

2014-12-24 修回時間:2015-01-30)