載氨芐西林聚丙烯補片的抗菌效果*

胡 深 喬燕莎 高立恒 夏克爾·賽塔爾

1. 新疆大學(xué)紡織與服裝學(xué)院， 新疆 烏魯木齊 830046；2. 東華大學(xué)紡織面料技術(shù)教育部重點實驗室， 上海 201620

疝氣，即人體組織或器官一部分離開原來的部位，通過人體間隙、缺損或薄弱部位進入另一部位，俗稱“小腸串氣”[1-2]。腹壁疝是外科常見的多發(fā)疾病之一，以腹股溝疝最為常見，占腹部疝發(fā)生率的75%[3]。中國每年約有300萬新發(fā)的腹股溝疝病人，以及50萬例以上的其他類疝。目前治療疝氣唯一且有效的方法就是進行疝修補[4-5]。

手術(shù)療法已經(jīng)從傳統(tǒng)的疝修補手術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在的無張力疝修補手術(shù)[6]。無張力疝修補手術(shù)以人工生物材料為補片加強腹股溝管的后壁[7]，降低了縫合張力并保留了正常的組織解剖關(guān)系，且人工疝修補片具有良好的組織兼容性，術(shù)后復(fù)發(fā)率明顯下降[8-9]。該療法過程簡單、操作便捷，但也會因為植入補片材料易發(fā)生感染問題，給病患造成極大的痛苦[10]。

目前解決該問題最常用的方法是對疝氣補片進行抗菌修飾[11]，如采用金屬納米粒子修飾[12]、抗菌酶修飾[13]、抗菌素修飾[14]。其中抗菌素修飾以其抗菌時間長、抗菌效果好的優(yōu)點被廣泛使用，但是隨之也出現(xiàn)了新的問題，即細(xì)菌的耐藥性問題。為了應(yīng)對該問題，已經(jīng)有研究使用新型抗菌劑如三氯生、苯扎溴銨等[15]，從而達到減弱細(xì)菌耐藥性的目的。本文以氨芐西林為研究對象，對負(fù)載氨芐西林的聚丙烯補片的抗菌效果進行研究，以期制作出抗菌性更加優(yōu)良的補片[16]。

本文先對聚丙烯補片表面進行冷等離子體處理[17]，使其具有羧基或羥基[18]，然后通過多巴胺自聚合反應(yīng)在聚丙烯補片表面構(gòu)建仿生聚多巴胺(PDA)膜層。由于聚多巴胺對金屬離子有絡(luò)合作用和還原能力，因此可以利用聚多巴胺膜層的還原性將氨芐西林沉積在PDA膜層中，從而修飾聚丙烯補片，形成具有持久抗菌效果的補片。

1 試驗部分

1.1 原料

聚丙烯補片(PP)，質(zhì)量輕，面密度為28 g/m2，小六角孔尺寸為0.9 mm×1.0 mm，由日照天一生物醫(yī)療科技有限公司提供；鹽酸多巴胺(純度為98%)，購自中國上海能源化工有限公司；三羥甲基氨基甲烷(Tris)，購自上海易恩化學(xué)技術(shù)有限公司；氨芐西林(又稱氨芐青霉素)，購自深圳市森迪生物科技有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 對聚丙烯補片進行等離子體處理

使用Atomflo A400型等離子體機(美國Surfx Technologies公司)對尺寸為4 cm×4 cm的聚丙烯補片進行表面功能化處理。使用優(yōu)化的時間(300 s)、功率(100 W)和壓力(10 Pa)等參數(shù)[19]進行等離子體處理，將等離子體處理后的PP樣品命名為D-PP。

1.2.2 多巴胺溶液的制備

稱取100.00 mg多巴胺、121.14 mg三羥甲基氨基甲烷(Tris)放入100 mL的廣口錐形瓶中。然后加入50 mL蒸餾水，最后用200 μL移液器(事先調(diào)至24 μL)移取24 μL鹽酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36%)到燒杯里。至此，多巴胺溶液配制完成。

1.2.3 補片負(fù)載PDA膜層

將未經(jīng)任何處理的聚丙烯補片(2 cm×2 cm)以及等離子體處理后的補片(2 cm×2 cm)放入配好的多巴胺溶液中，然后放入恒溫?fù)u床(溫度為37 ℃，轉(zhuǎn)速為80 r/min)中進行24 h的修飾。等離子體處理后負(fù)載聚多巴胺膜層的補片樣品命名為DJ-PP，未經(jīng)等離子體處理的負(fù)載聚多巴胺膜層的補片樣品命名為KJ-PP。

1.2.4 補片負(fù)載氨芐西林

將第一次修飾后的兩種補片樣品取出，然后用蒸餾水沖洗幾次，再放入真空干燥箱中干燥。稱取0.7 g氨芐西林放入100 mL廣口錐形瓶中，然后加入50 mL蒸餾水，放在磁力攪拌器上(轉(zhuǎn)速為500 r/min)攪拌3 h，至此，氨芐西林溶液配制完成。將未經(jīng)任何處理的聚丙烯補片(2 cm×2 cm)以及干燥后的KT-PP、DJ-PP補片樣品分別浸泡在氨芐西林溶液中，之后在恒溫?fù)u床(溫度為23 ℃，轉(zhuǎn)速為100 r/min)中進行24 h的修飾。24 h后將3種樣品取出用蒸餾水沖洗干凈，然后放入真空干燥箱中干燥。干燥后的樣品依次命名為A-PP、A-KJ-PP、A-DJ-PP。

1.2.5 聚丙烯補片的結(jié)構(gòu)與形貌表征

利用RapidSight型紅外光譜儀(深圳維爾克斯光電有限公司)分析PP、D-PP樣品在等離子體處理后是否產(chǎn)生羥基、羧基等官能團；利用ESCALAB 250Xi型X射線光電子能譜儀(美國ThermoFisher Scientific)對DJ-PP補片樣品中存在的元素進行定性分析；利用SV8010型場發(fā)射掃描電子顯微鏡(日本Hitachi)對補片樣品A-DJ-PP、A-KJ-PP、A-PP的形貌進行表征。

1.2.6 補片抗菌效果的測定

采用瓊脂擴散試驗方法評估3類聚丙烯補片樣品的抗菌性能[20]。選用大腸埃希菌(E.C，ATCC 25922)和金黃色葡萄球菌(S.A，ATCC 25923)，取培養(yǎng)15 h的試驗菌液(105 CFU/mL)，用無菌三角涂布棒將菌液分別均勻涂布于牛肉膏蛋白胨瓊脂平板表面，稍干后用無菌鑷子取經(jīng)滅菌后的補片樣品貼于瓊脂平板表面，在37 ℃恒溫箱中培養(yǎng)24 h后觀察并測量抑菌圈直徑[21]。

2 結(jié)果與討論

2.1 紅外光譜分析

圖1 等離子體處理前后樣品的紅外光譜

2.2 改性聚丙烯補片的化學(xué)結(jié)構(gòu)

采用X射線光電子能譜技術(shù)對DJ-PP樣品表面的主要元素組成及其含量進行分析，并對數(shù)據(jù)進行整理匯總，結(jié)果如圖2所示。由聚丙烯的分子式(C3H6)n可知，聚丙烯補片不含O元素和N元素，但在圖2中可以明顯看到除了C1s峰外，還有O1s和N1s峰，而多巴胺膜層中是含有O和N兩種元素的，因此可以判定DJ-PP樣品表面涂覆有PDA膜層。

圖2 DJ-PP的X射線光電子能譜

2.3 改性聚丙烯補片的表面形貌

A-PP、A-KJ-PP、A-DJ-PP的SEM圖如圖3所示。對比圖3a)d)g)可知，圖3a)中的PP纖維表面非常光滑，導(dǎo)致A-PP補片樣品難以負(fù)載藥物，這可從圖3b)c)中直觀地看出來。由圖3d)g)可知，A-KJ-PP與A-DJ-PP都可以在PP纖維表面觀察到PDA，但是圖3g)中的PP纖維被PDA覆蓋的面積比圖3d)中的大，這可能是因為等離子體處理后PP補片表面被活化，活化后的基團通過氫鍵更有效地增強了PDA的黏附。通過圖3e)f)與圖3h)i)的載藥情況也可明顯看出，A-DJ-PP的載藥量明顯更多。由此可見，等離子體處理后的補片樣品可有效涂覆PDA，從而提高載藥量。

圖3 A-PP、A-KJ-PP及A-DJ-PP的SEM圖(分圖題中下標(biāo)數(shù)字表示不同測試位置)

2.4 聚丙烯補片的抗菌性能

A-PP、A-KJ-PP、A-DJ-PP的抗菌性能表征結(jié)果如圖4所示。從圖4可以看出：A-PP未表現(xiàn)出抗菌性能，表明未經(jīng)任何處理的PP補片很難負(fù)載藥物；而表面涂覆有PDA膜層的PP補片(A-KJ-PP)則具有良好的抗菌效果，金黃色葡萄球菌以及大腸埃希菌的抑菌圈平均直徑分別為33.5 mm和28.4 mm。經(jīng)等離子體處理并涂覆了PDA膜層的補片樣品A-DJ-PP的抗菌效果更佳，金黃色葡萄球菌以及大腸埃希菌抑菌圈的平均直徑分別為47.7 mm和46.5 mm。這可能是因為等離子體處理可以提高PDA在PP纖維上的涂覆效率，從而使補片具有了較強的黏結(jié)力，并且比未經(jīng)等離子體處理的聚丙烯補片能負(fù)載更多的氨芐西林，補片自身的抗菌性能也得到提高。

圖4 A-PP、A-KJ-PP及A-DJ-PP的抗菌性能

3 結(jié)論

制備了用于疝修補的PDA涂層抗菌聚丙烯補片。相比未經(jīng)等離子體處理的聚丙烯補片，等離子體處理后聚丙烯補片具有更好的載藥性能和抗菌性能，表面涂覆PDA膜層的補片比未涂覆膜層的補片有更好的性能。等離子體處理后補片得到活化，聚丙烯補片表面能夠涂覆更多的PDA涂層，提高了自身的黏結(jié)力，從而負(fù)載更多的氨芐西林，繼而具有較好的抗菌性能。因此，載氨芐西林聚丙烯補片有望成為預(yù)防植入補片發(fā)生感染的良好選擇。