細菌纖維素用作傷口敷料的研究

李瑞贊 馬 維

（常熟理工學院紡織服裝與設計學院，江蘇 常熟 215500）

1 引言

細菌纖維素是由木醋桿菌等微生物經過液態發酵制得的凝膠狀膜。與植物纖維素和動物纖維素相比，將BC 作為傷口敷料具有以下優勢：高純度、高持水性、高楊氏模量和抗張強度、良好的生物相容性，能防止細菌感染和吸收液體，加速傷口愈合，利于皮膚組織生長。此外，細菌纖維素具有多孔納米纖維結構，作為功能化傷口敷料應用時有利于氣體交換，從而可以為傷口恢復提供必要的有氧條件，可作為藥物載體負載抗菌成分、止血成分、促細胞生長因子等多種藥物，針對不同傷口類型進行針對性治療[1]。目前，BC 敷料在燙傷、燒傷、皮膚移植、創傷等的治療中的應用已取得了突破性的進展。

2 細菌纖維素敷料簡介

2.1 細菌纖維素生產方式

目前主要有靜態培養法和攪拌培養法兩種方式生產細菌纖維素，前者是將生產菌株（如乙酸桿菌、酵母菌等）與培養基混合后置于靜止狀態下進行發酵。后者相對于靜態發酵更為高效。它通過加入機械攪拌來促進微生物在液體中均勻分散，并且加速細菌纖維素纖維化過程，該方法適用于大規模工業化生產。生產過程中，需要掌握好發酵溫度、培養時間和培養基成分等因素的調整，以便獲得高產量和高品質的纖維素產物。

2.2 細菌纖維素作為創傷敷料的優點

細菌纖維素是天然產物，與人體自身組織具有較好的相容性和生物可降解性。其分子鏈呈線性排列，具有很高的強度和耐久性，可以有效地保護創口免受外界因素的干擾。同時其親水性很強，在吸收滲出液時可以迅速將多余水分排出，保持創面周圍的酸堿平衡并抑制病菌生長。

經過處理后的細菌纖維素材料可形成一種三維網狀結構，這種結構可以模擬人類皮膚組織的微觀結構特征，并且能夠促進血管新生、加速血液循環、促進傷口愈合。

2.3 敷料用細菌纖維素的形式

水凝膠型敷料：水凝膠具有較高的含水量并且可以模擬人體胞外基質，具有比其他材料更高的生物相容性。目前，抗菌水凝膠在醫療器械、傷口敷料、藥物遞送等領域有著廣泛的應用。水凝膠用于傷口敷料可以在患者傷口部位持續釋放藥物，大大減少了多次替換傳統敷料給患處帶來的二次損傷，水凝膠高含水量及良好的粘合特性給予傷口持續的濕潤環境，利于傷口愈合。王哲等以細菌纖維素為基本框架，添加具有一定抑菌效果的Fmoc-氨基酸，二者通過氫鍵相互作用形成穩定的、并且具有較高機械強度的水凝膠。結合抑菌圈法、菌落計數法實驗比較出BC/Fmoc-F 氨基酸水凝膠對于金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌類的革蘭氏陽性菌具有較好的抑制作用，可有效用于傷口敷料，并應對金黃色葡萄球菌等致病菌引起的感染問題。

薄膜型敷料：細菌纖維素膜敷料在潮濕情況下力學強度高，對液、氣及電解物有良好的通透性，與皮膚相容性良好；此外，薄膜敷料靈活性高，可在易彎曲關節處使用，能夠將傷口濕度維持在一定范圍內促進傷口愈合且對傷口粘附力較輕。細菌纖維素薄膜可作為緩釋藥物的載體，攜帶各種藥物促使創面的愈合和康復；且產物制備過程簡便、環保、生產成本低，可實現制備出的敷料產品的大規模實際應用。王金海等將c-聚賴氨酸（s-PL）均勻吸附在BC 上，制備聚賴氨酸/細菌纖維素抗菌薄膜敷料PLBC，并通過抗菌測試得出其對大腸桿菌的抑制能力大于金色葡萄球菌。

3 細菌纖維素敷料的抗菌改性

3.1 抗生素抗菌改性細菌纖維素敷料

抗生素通過抑制細菌細胞壁合成，增強細菌細胞膜通透性，干擾細菌蛋白質合成以及抑制細菌核酸復制轉錄來影響細菌細胞發育達到抗菌的目的。將BC 制備成抗菌復合材料的最直接方式就是將抗生素直接加入BC 中，使其具有抗菌性。Lemnaru 等將細菌纖維素冷凍干燥，浸入阿莫西林/桿菌肽溶液中24 h，制得了負載著阿莫西林/桿菌肽的抗菌材料，并且證實其具有較好的抗菌性，是一種潛在的抗菌傷口敷料。雖然在細菌纖維素中添加抗生素已經被廣泛地應用于臨床，但是在醫學界，細菌的耐藥性不斷地增強，尋找一種不增強細菌耐藥性的抗菌材料是當務之急，在細菌纖維素中添加無機或有機的高效抗菌劑成為研發細菌纖維素抗菌材料的主要方向。

3.2 天然抗菌劑改性細菌纖維素敷料

殼聚糖（CS）具備許多優良的特性,如透氣性、水蒸氣滲透性、生物相容性、抗菌性和止血功能,在醫用皮膚敷料和藥物釋放領域受到廣泛的關注。江凱等以細菌纖維素、殼聚糖為原料,采用原位化學交聯的方式制備細菌纖維素-殼聚糖復合水凝膠并通過體外實驗初步探討了其在醫用皮膚敷料和藥物傳輸中的應用。經實驗證明對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌有良好的抑制性，體外毒性實驗表明水凝膠無細胞毒性。綜合以上結果可以看出,該凝膠具有優異的抗菌性,有望作為一種新型可生物降解的抗菌敷料替代傳統敷料。

3.3 金屬及其氧化物抗菌改性細菌纖維素敷料

某些金屬如銀、銅、鋅等具有良好的抗菌性能，其離子可以通過溶解或反應釋放到外部環境中，進而殺滅細菌。金屬氧化物可在水中形成帶正電的空位，并吸附被殺死細菌的負電荷，從而造成親合力，最終通過將微生物膜裂解產生殺菌效果。Liu 等通過在BC 水凝膠的納米纖維上原位形成銀納米簇（Siver Nanoclusters, Ag NCs），制備抗菌銀納米簇基水凝膠，該水凝膠對革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌均表現出優異的殺菌性能，使其成為沒有耐藥性的潛在抗菌材料。Almasi 等通過生化學和沉淀法兩種原位合成方法，制備CuO-BC 納米材料，抗菌實驗結果表明，該復合材料對大腸桿菌（革蘭氏陰性菌）和金黃色葡萄球菌（革蘭氏陽性性菌）的生長都具有很好的抑制作用。

3.4 季銨鹽抗菌改性細菌纖維素敷料

季銨鹽類物質在一定的pH 值中，會形成陽離子進而吸附細菌中的負離子物質，如細胞膜中的負離子物質或細菌代謝中的帶負電荷的中間產物，從而破壞細菌的細胞壁、細胞膜結構或者合成系統，從而抑制細菌的繁殖或者直接殺死細菌。Liu 等選擇乙烯基2-甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨作為抗菌劑，以BC 為基體，通過自由基聚合法使季銨鹽大分子接枝在BC 表面，增加細菌纖維素表面電荷密度，導致其對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌活性增強。此外，這種復合材料還具備良好的體外生物相容性，為其在健康護理領域的應用奠定了理論基礎。

3.5 鹵胺抗菌改性細菌纖維素敷料

N-鹵胺化合物廣譜抗菌，可在10-30 min 內使所有接種菌株失活，對人體安全，抗菌功能可再生，是一種“綠色”的抗菌劑。鹵胺類抗菌劑的抗菌原理主要是因為N-Cl 結構具有很強的氧化性能，可以使細菌蛋白質變性，同時其細胞膜表面的巰基被氧化，進而破壞細菌細胞膜和細菌的正常代謝，抑制進而殺死細菌。迄今為止，尚未有鹵胺化合物產生細菌耐藥性的報道。Zhang等嘗試將乙烯基鹵胺化合物共價接枝在BC 表面，結果表明，該復合敷料的抗菌性能優異，可在30min 接觸時間內使所有接種菌株失活，且生物安全性高，為設計新型高效殺菌傷口敷料提供了新的思路。

4 結語

細菌纖維素因其具有纖維超細、高純度、高結晶度、良好的機械性能、高持水性、良好的生物相容性及生物可降解性，其在醫學領域得到了廣泛的認可及應用，已成為一種具有極大發展潛力的新材料。為了拓展細菌纖維素在抗菌領域的應用，本文列舉了多種抗菌材料與細菌纖維素復合獲得抗菌能力的研究成果，結果表明復合抗菌敷料具有優異的殺菌效果，是將來創傷敷料發展的重點方向。