一种基于群体感应的接触式杀菌表面及其制备方法和应用

本发明涉及医用材料领域，具体是涉及一种基于群体感应的接触式杀菌表面及其制备方法和应用。

背景技术：

1、医疗器械相关的感染大多由细菌在表面定植形成生物膜引起。细菌附着在表面后，能够分泌胞外聚合物帮助进一步的不可逆附着，随后细菌受群体感应效应的影响在表面定植、移动、聚集，构建数百微米厚的生物膜。生物膜内部的细菌会继续分泌胞外聚合物为生物膜提供结构支撑以及保护其中的细菌免受不良环境的损伤。因此相较于蜉蝣细菌，生物膜内的细菌具有更强的抵御能力和恢复能力，这也是生物膜难以消除和导致反复感染的原因之一。

2、目前研究较为广泛的抗菌策略主要有非接触式杀菌和接触式杀菌策略。非接触式杀菌表面一般指负载了金属离子或有机抗菌剂的释放型杀菌表面，随着时间推移浸出负载的抗菌剂，对粘附和临近的细菌进行杀灭。这种抗菌方式广谱且不易产生耐药性，但无法控制释放速率会导致初期爆发式释放，随着时间延长释放速率下降而导致抗菌效果不稳定。与此相比，接触式杀菌表面一般通过静电吸附、共价连接等方式将抗菌剂锚定在材料表面，这种杀菌表面不受抗菌剂释放速率的影响，能够对粘附在表面的细菌具有均匀的杀灭作用，也不会因为抗菌剂储存量有限影响杀菌效果。

3、群体感应系统是一种协调细菌细胞密度依赖性基因表达的微生物系统。细菌能够产生和感知信号分子，这些信号分子分泌到胞外后可在局部积累至激活特定基因转录的阈值，一旦达到临界浓度就可与特定受体结合，通过一系列级联反应调节基因表达或生理活动，进而影响微生物间的相互作用。

4、公开号为cn106902396a公开了一种在医用材料表面上制备抗菌表面的方法，通过在医用材料表面引入原子转移自由基聚合引发剂，先接枝抗粘附聚合物，再引入叠氮基，最后通过点击反应引入抗菌剂，从而在材料表面制备抗粘附聚合物层和抗菌剂层共修饰的抗菌表面。但是该方法需要用到强氧化性溶液，很容易造成医用材料表面结构的极大破坏，对环境和操作人员的要求也较高。

5、公开号为cn111298203a公开了一种抗菌肽涂层，先利用胺和氨基酸环内酸酐在常温下一锅法开环聚合反应产生共聚物，然后将该多肽共聚物溶于水中形成溶液，最后将植入体浸泡于其中得到抗菌肽涂层。但由于多肽分子上含有氨基、羧基、羟基等很多极性基团，使其产生较强的分子间氢键，从而使制备的抗菌肽涂层易吸水，限制了它在一些领域的应用。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于群体感应的接触式杀菌表面的制备方法，该方法制备过程温和，工艺简单。

2、一种基于群体感应的接触式杀菌表面的制备方法，包括以下步骤：

3、（1）提取细菌中的胞外聚合物；

4、（2）将步骤（1）得到的胞外聚合物溶于抗菌剂溶液中，得到负载抗菌剂的胞外聚合物溶液；

5、（3）将步骤（2）得到的负载抗菌剂的胞外聚合物溶液对清洗吹干后的基材进行浸泡粘附，得到基于群体感应的接触式杀菌表面。

6、胞外聚合物通常是指细菌分泌到胞外的大分子聚合物，其主要成分为多糖、蛋白质、核酸、脂质、腐殖酸等。胞外聚合物中含有胺类官能团、羧酸盐和磷酸盐等，能够促进细菌在表面的粘附。

7、本发明的胞外聚合物中的蛋白质对抗生素有吸附作用，蛋白质中羧基、羟基和胺基等官能团能够与抗生素形成稳定、紧密的复合物。负载抗菌剂的胞外聚合物溶液在基材表面通过浸泡粘附在基材上，得到接触式杀菌表面。

8、优选地，步骤（1）中，所述的细菌选自枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌的至少一种。

9、进一步优选地，所述的枯草芽孢杆菌编号为atcc 6633，所述的金黄色葡萄球菌编号为atcc 6538，两种细菌均来自中国微生物菌种保藏中心。

10、优选地，步骤（1）中，所述的胞外聚合物的提取方法采用离心法。

11、所述的离心法的步骤为：将细菌接种在培养基中，置于振荡培养箱中培养16~18h，取出后离心分离，过滤上清液，将上清液进行透析后的液体冷冻干燥，得到胞外聚合物。

12、本发明采用的离心法提取胞外聚合物，通过离心时产生的离心力将微生物表面的聚合物剥离，该提取方法步骤简单，不会使细胞破裂且无试剂污染。

13、优选地，步骤（2）中，所述的抗菌剂为抗生素或杀菌剂。

14、进一步优选地，所述的抗生素为左氧氟沙星、红霉素、利奈唑胺的至少一种；所述的杀菌剂为氯己定。

15、优选地，步骤（2）中，所述的负载抗菌剂的胞外聚合物溶液中，所述的抗菌剂的浓度为2~256 μg/ml。

16、进一步优选地，所述的左氧氟沙星的浓度为2~8 μg/ml；所述的红霉素浓度为16~256 μg/ml；所述的利奈唑胺的浓度为16~256 μg/ml；所述的氯己定浓度为25~100 μg/ml。

17、优选地，步骤（2）中，所述的负载抗菌剂的胞外聚合物溶液中，所述的胞外聚合物浓度为10~30 mg/ml。

18、优选地，步骤（3）中，所述的基材为硅片。

19、优选地，步骤（3）中，所述的基材的清洗步骤为：首先使用无水乙醇、去离子水或超纯水超声清洗基材，随后使用氮气吹干基材表面。

20、优选地，步骤（3）中，所述的浸泡粘附为常温粘附，时间在0.5 h以上。

21、进一步优选地，所述的浸泡粘附的时间为2 h以上。

22、本发明还提供了上述制备方法制备的基于群体感应的接触式杀菌表面，能够促进细菌在表面粘附并通过抗生素将其杀灭，具有良好的抗菌活性。

23、优选地，所述的接触式杀菌表面具有抗金黄色葡萄球菌和大肠杆菌活性。

24、本发明还提供了上述的基于群体感应的接触式杀菌表面在植介入医疗器械领域的应用，通过胞外聚合物将抗菌剂复合在基材表面，不受抗菌剂释放速率的影响，而且能够粘附细菌，并对粘附在其表面的细菌具有均匀的杀灭作用，能够预防感染。

25、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

26、（1）选用细菌提取的胞外聚合物作为促细菌粘附的活性物质，并将抗菌剂负载其中，制备得到的接触式杀菌表面具有抗金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的活性。

27、（2）本发明的接触式杀菌表面制备过程温和，工艺简单，无需复杂的分子设计和表面预处理，通过简单浸泡即可实现。

28、（3）本发明得到的基于群体感应的接触式杀菌表面在植介入体内的医疗器械领域有广泛的应用前景，能够对粘附在表面的细菌具有均匀的杀灭作用，能够预防感染。

技术特征：

1.一种基于群体感应的接触式杀菌表面的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的接触式杀菌表面的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述的细菌选自枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌的至少一种。

3.根据权利要求1所述的接触式杀菌表面的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述的胞外聚合物的提取方法采用离心法；所述的离心法的步骤为：将细菌接种在培养基中，置于振荡培养箱中培养16~18 h，取出后离心分离，过滤上清液，将上清液进行透析后的液体冷冻干燥，得到胞外聚合物。

4.根据权利要求1所述的接触式杀菌表面的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述的抗菌剂为抗生素或杀菌剂。

5.根据权利要求4所述的接触式杀菌表面的制备方法，其特征在于，所述的抗生素为左氧氟沙星、红霉素、利奈唑胺的至少一种；所述的杀菌剂为氯己定。

6.根据权利要求1所述的接触式杀菌表面的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述的负载抗菌剂的胞外聚合物溶液中，所述的抗菌剂的浓度为2~256 μg/ml，所述的胞外聚合物浓度为10~30 mg/ml。

7.根据权利要求1所述的接触式杀菌表面的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述的基材为硅片。

8.根据权利要求1所述的接触式杀菌表面的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述的浸泡粘附为常温粘附，时间在0.5 h以上。

9.根据权利要求1-8任一所述的接触式杀菌表面的制备方法制备的基于群体感应的接触式杀菌表面。

10.根据权利要求9所述的基于群体感应的接触式杀菌表面在植介入医疗器械领域的应用。

技术总结本发明公开了一种基于群体感应的接触式杀菌表面及其制备方法和应用，涉及医用材料技术领域。先提取细菌的胞外聚合物，将其溶于抗菌剂溶液中，得到负载抗菌剂的胞外聚合物溶液，并使用其对清洗吹干后的基材进行浸泡粘附，得到基于群体感应的接触式杀菌表面，制备过程温和，工艺简单，无需复杂的分子设计和表面预处理，通过简单浸泡即可实现。制备得到的接触式抗菌表面对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌均表现出抗菌活性，在植介入医疗器械领域有广泛的应用前景，能够预防细菌感染。技术研发人员：刘晓梅,蔡珂丹,闫琦,刘奕,黄晶,凤晓华,张波涛,杨睿,吴双杰,周平,李华受保护的技术使用者：中国科学院宁波材料技术与工程研究所技术研发日：技术公布日：2024/10/10