内部设置法制备具有内在抗菌活性的新型 海藻酸锌水凝胶外文翻译资料

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内部设置法制备具有内在抗菌活性的新型

海藻酸锌水凝胶

摘要：本文介绍了首次使用ZnCO₃和GDL制备一种海藻酸钠可控凝胶。获得了均匀、透明的凝胶，并作为潜在伤口敷料进行研究。同质、水含量、膨胀性能、水分蒸发速率、生理盐水溶液中的稳定性，力学性能和抗菌性能均作为评定锌浓度指标。锌含量增加，格拉率增加，并且发现水的吸收量减少和稳定性被改善被。锌在生理环境中的释放表明，在溶液中释放的锌浓度低于细胞毒性水平。水凝胶对大肠杆菌具有抗菌活性。含锌量最高的水凝胶在用氯化钙溶液浸泡的钙离子中稳定，。得到的水凝胶具有均匀性和抗菌活性。此外，它表明，稳定性和机械性能的改善，使其适合作为持久性的伤口敷料。

1、介绍

伤口愈合是一个动态的生物处理过程，该过程中各种各样的类型的细胞之间的相互作用，细胞外基质（ECM）分子和生长因子的作用来替换受损组织，这是通过一系列的相互依存的阶段。伤口敷料和设备的发展，促使不同步骤的愈合和愈合的条件优化，是一个巨大的科学和商业利益主体。理想的条件下，随着非抗原性和生物相容性，一个好的敷料被创造并保持湿润环境。吸收伤口的液体，并从创面渗出，能防止伤口干燥和浸渍，最后，保护损害的身体器官不受感染（Kokabi，sirousazar，和哈桑，2007；林，陈，和楚润，2001；普那和巴布，2000）。

由于水凝胶具有令人感兴趣的特性，这引起了人们的注意。它们有非常大的内含水量，从而对病变区提供一个湿润的环境。此外，水凝胶容易应用和更换，透明因此可以跟踪、透氧、能够吸收体液并防止它们的损失（Sung 等人，2010；Kokabi 等人，2007；Balakrishnana，莫汉蒂，Umashankarc，与Jayakrishnan，2005）。大量的聚合物，如聚（乙烯基-1-吡咯烷酮）（PVP）（比嘉，路杰罗，保罗·马沙多，mathor，与路高，1999；Razzak，darwis，扎因丁和苏基诺，2001）、聚乙二醇（PEG）（荷兰，Tessmar，塔巴塔和米可，2004）聚乙烯醇（PVA）（Kokabi等人，2007）、甲壳素和壳聚糖（村上等人，2010；保罗和夏尔马，2004a；Muzzarelli，2009，2011）在伤口愈合应用水凝胶的制造业展开研究。在用于伤口敷料开发的聚合物中，海藻酸钠被广泛的研究，并且几个商标是商业可利用的（Knill等人，2004；保罗和夏尔马，2004）

海藻酸钠是一种天然多糖，由beta;-D-甘露糖醛酸（M）和alpha;-L-古洛糖醛酸（G）的单位，根据来源的不同而非比列。可溶性海藻酸钠可在二价阳离子的存在下形成水凝胶，通过羧酸盐基团和螯合离子之间的相互作用。交联海藻酸钠常用钙离子，优先缠绕到海藻酸钠平面二维结构的古洛糖醛酸单位中，产生著名的“蛋盒”结构（单，靳，和恒2002）。藻酸钠敷料提供湿润的微环境，并通过维持伤口部位的生理平衡，从而促进快速造粒和reepithelialisation（秦，2008；Lee amp;穆尼，2012）。此外，海藻酸钠水凝胶可以很容易用盐水冲洗，因此敷料去除不会影响组织愈合（李等人，2009；博阿滕，马休斯，史蒂文斯和埃克莱斯顿，2008）

水凝胶的结构均匀性是作为伤口敷料的一个重要特性，在整个凝胶中得到更一致的功能特性（亚力山大，墨菲，加拉赫，法瑞尔，和塔加特，2012）。以碳酸钙为阳离子源，采用内部设置方法，制备出均匀的海藻酸钠凝胶。碳酸钙是和D-葡萄糖酸-delta;-内酯（GDL）一起使用，实现内部缓胶凝系统。GDL的pH值缓慢降低促进钙离子的释放，从而允许形成一个结构上一致的凝胶（郭amp; Ma，2001）。此外，当采用内部凝胶方法时，藻酸盐敷料可以作为应用于创伤后交联的液体（原位形成水凝胶，ISH）（加列皮和勒鲁，2004）。ISHs也有超过传统敷料的一些优点，包括一致性、不起皱或起伤口床，便于应用，从而代表作为多功能敷料适合浅的伤口，烧伤和擦伤，覆盖面积大的一个好的选择。

海藻酸钠也通过与锌离子的相互作用形成凝胶。结果表明，锌和钙离子在不同的部位结合（陈等人，2002）。特别是，锌似乎比钙的选择性差，因此允许更广泛的交联（Aslani 和肯尼迪，1996）。有许多证据表明,锌是一种催化剂，它能在伤口愈合和受损的组织提供了一个有趣的抗感染作用（Lansdown，Mirastschijski，斯塔布，斯坎伦，和西格里德，2007）。抗菌剂通常被封装在敷料基质中，可以提供一个可持续释放。然而，抗生素的逐渐短缺，由于耐药性的增加，抗生素逐渐短缺，使人们对新奇的治疗方法感兴趣（WHO报道，2014）。一个很好探索的替代方法，以纳米粒子（NP）技术为代表，其中包括银基NP（科尔蒂沃等人2010）；无论如何，最近银耐药突变菌的暴动已经减少了对Ag 治疗的兴趣（大米，2009；斯佩尔伯格等人2008）。在这方面，基于具有抗菌活性的材料的敷料是一个机会。由外部凝胶化法制备的海藻酸锌水凝胶，并将干膜浸渍到交联剂溶液中，也经研究了其潜在的创伤敷料及其抗菌性能进行评估（秦，2008；Straccia，罗马，奥利瓦，圣亚加塔，与Laurienzo，2014）。然而，迄今为止，没有报道通过内部设置方法制备的海藻酸锌水凝胶的实例。

本研究首次采用内部设置法研制海藻酸锌水凝胶，并对创面敷料的应用进行了初步研究。以碳酸锌浓度为指标，研究了凝胶化时间、均质度、水含量、溶胀度，水分蒸发速率，生理盐水溶液的稳定性，力学性能和抗菌活性，以评价锌浓度对水凝胶功能和抗菌性能的影响。在不同的pH下，锌在生理介质中的释放值用原子吸收光谱法测定，以排除可能的毒性作用。寻求进一步改善，锌含量最高的水凝胶在氯化钙溶液是稳定的及其水凝胶的性能进行了评价和比较。

2、实验部分

2.1 材料

从海带中提取医药级褐藻酸钠，（粘度360 mPa·s，1% w/v溶液；甘露糖醛酸和古洛糖酸比1.8-2.2）是由Farmalabor（意大利）提供的。二水磷酸氢二钠（Na2HPO4·2H2O），一水磷酸氢二钠（Na2HPO4·H2O）、柠檬酸、柠檬酸钠、碱式碳酸锌（[ZnCO₃] ₂·[Zn（OH）₂ ] ₃；分子量548.9）、碳酸钙、D-（ ）-葡萄糖酸delta;-内酯（GDL）由Sigma Aldrich提供。硫酸链霉素是由Applichem（德国）提供的。氯化钾、氯化钠、碳酸钠和氯化钙三氯化铁由J.T. Baker（技术性能的材料，米兰，意大利）购买。酵母提取物，茶苯海明和琼脂作为培养基，分别由英国Oxoid公司购买。

2.2 内凝胶化法制备水凝胶

水凝胶是通过内部设置法制备的（Draget，Oestgaard，与Smidsroed，1990；Draget，Skjak Braek，和Smidsrod，1997）使用碳酸锌做为价金属阳离子的来源。用超声（Vibracell VC 505，超音速，Newtown，美国）在100毫升的水中精细分散碳酸锌，10分钟500赫兹（50%的振幅）。1克盐溶解在水悬浮液中，然后加入一定量的GDL溶液（2%；w/v）。将所得的混合物立即倒入培养皿（直径36毫米），并在室温下允许在空气中设置为48小时。通过改变碳酸锌的浓度，保持恒定的摩尔比与GDL来制备不同水凝胶。为了比较，藻酸钙凝胶（简称Ca- Alg）是由内部设置的方法制备，采用200毫克碳酸钙和35.6毫升1%（w/v）的GDL，对应碳酸钙和GDL之间的化学计量比为1:1。在锌含量最高的水凝胶的情况下，在CaCl₂ 1%w / v水溶液中浸泡10分钟，钙稳定。

2.3 同质化

采用干湿重比对海藻酸钠凝胶的均匀性进行了评价。凝胶切成4片，命名为a，b，c，d，每个样本称重、在40^◦C下干燥至恒重，然后再次称重。对切片的干/湿重比进行计算，以得到凝胶均匀性的指示。均匀凝胶在其组成切片中具有一致的干湿重量比。

2.4 凝胶时间

使用的方法改编自Kuo和Ma（2001），通过凝胶化时间的测量，估算凝胶的凝胶速率。凝胶时间被定义为在加入GDL和凝胶体形成的时间，一旦倾斜在一个固定的角度（45◦）胶凝混合物就不再流动。

2.5 水含量

水凝胶进行称重，干燥40◦直至恒重，然后再次称重。用下列公式计算含水率：

WD是干凝胶的重量、W0是初始湿凝胶的重量。测量一式进行三份。

2.6 pH值的测量

pH值的测定通过CRISON模数进行。507 pH计被配上52-00电极和电极式52-32渗透分析。

2.7 溶胀

溶胀度通过测量水的吸收作为时间的函数来检测。溶胀倍率被定义为每重量的凝胶吸收水的重量，如方程所报道的，W_S和W₀分别代表溶胀和初始凝胶的重量。对于每个样品，测量进行一式三份，平均数据被用于计算。

2.8 水的蒸发率

样品按以前的方法制备、保存在37◦C和相对湿度35%的环境里。在固定的时间，水凝胶称重和重量变化计算百分比如下方程，W_t和W₀在时间t和时间0的重量，每个样本数据为三个测量值的平均值。

2.9 稳定性试验

水凝胶在生理盐水溶液稳定性被评价（氯化钠0.9%；W / V），监测重量变化。凝胶进行称重，然后浸泡在100毫升常温下生理盐水中。在固定的时间间隔，从盐水凝胶取出，用滤纸吸干，称重。降解（d）表示为百分比，根据方程，WT和W0分别是时间t和时间零重量。所有测量均一式三份，平均值进行报道。

2.10 力学性能

单轴压缩通过热费舍尔RS 6000应力控制旋转流变仪用来评估的藻酸盐水凝胶的力学性能与。数据采用HAAKE RheoWin 3软件处理。样品（2毫升凝胶溶液；20毫米直径；L0 = 8.9毫米，H = 6毫米）通过22-1889钢板压缩，以0.1mm^minus;1恒定的速度，在25^◦C下.数据是四次测量的平均值。

2.11 原子吸收光谱法测定锌的释放

原子吸收光谱法测定锌的释放。改进的选择装置（罗西等人，2007），旨在模仿伤口床，被用。水凝胶被放置在一个用水合介质接触的多孔玻璃滤器，模拟组织损伤的生物流体。磷酸盐缓冲液（PBS；0.2 M的磷酸氢二钠脱水，40.5毫升；0.2 M磷酸钠水合物，9.5毫升；蒸馏水50.5毫升；pH8.0），柠檬酸盐缓冲溶液（0.1 M柠檬酸水合物，40毫升；0.1 M柠檬酸钠，60毫升；pH 5）。

30、60、120、240、480和1440分钟（24小时）在溶液中释放量的锌的量，用原子吸收光谱法测定。分析之前，所有的解决方案进行离心和过滤。

原子吸收光谱法测量使用的是珀金埃尔默分析800仪器进行（诺瓦克，CT）和AS90加火焰自动进样器。所有的数据进行记录和WinLab32软件处理。2.5%的HNO锌溶液用于标准标定曲线。根据以下公式计算：Asampleis是锌含量样品的吸光度，Astd是标准溶液吸光度、Cstd（mgL^minus;1）是标准溶液的浓度，b / a为稀释因子。所有测量进行一式三份，取平均数据。

2.12 抗菌活性

用革兰氏阴性大肠杆菌测水凝胶抗菌活性（DSM 498）、德意志samlug冯mikroorganismen和zellkulturen公司购买（物中心，德国）。该菌株在LB培养基中生长（无菌氯化钠10；酵母提取物5；蛋白胨10；gl^minus;1）在37◦C，18–24 h，孵化，获得独立的菌株。用分光光度法测定600nm（OD600）细菌的光学密度。生长和获得后，细菌细胞用林格溶液洗涤（RS），无菌缓冲盐水溶液在pH 7（0.150克氯化钾、2.25克盐、0.05克碳酸氢钠，和0.12克CaCl₂每升蒸馏水）两次，然后悬浮在RS高达0.250plusmn;0.01吸光度，相应的浓度约为1.5–3times;108菌落形成单位每毫升（CFU mL^minus;1）。进行第二稀释，以获得大约106CFU mL^minus;1工作细菌悬浮液。

在无菌条件下制备的水凝胶的抗菌性能进行了初步筛选，LB介质琼脂板（1.5%琼脂）在静态接触条件下。细菌悬浮液（100升）的大肠杆菌被扩散到培养基平板上，然后放置水凝胶，轻轻按压，以确保完整的接触，并保持在板上为30，60，180，360和720分钟，在室温下。然后，水凝胶被移除，在37◦C 24 小时下孵化，并对抑制区进行监测。

大多数活性水凝胶进行测试，以确定细菌对数减少和杀菌时间，按照ASTM标准试验方E2149-01法（ASTM，2001）固定化抗菌剂在动态接触条件下。水凝胶试样（直径1.9厘米），在无菌条件下制备的，放在含有工作菌液10毫升的锥形瓶中（106CFU mL^minus;1），并在室温下，放置在摇床中。在固定的接触时间（30，60，180和1440分钟），100升的细菌悬浮在培养皿中的固体培养基，37^◦C下培养24小时，用重复平均菌落数来确定CFUml^minus;1.

减少的百分比使用以下公式计算

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