1。介绍
细菌感染通常发生在烧伤,伤口,和大量的外科手术
1]。微生物起着关键作用的病态的开发和维护,及其去除在伤口愈合或生物力学准备成功的治疗是很重要的。消除或减少细菌殖民化、方法,包括使用大剂量的抗生素使用。抗生素在很大程度上是成功的,但会导致耐药的菌株的发展。一个新颖的方法消除细菌在不同的表面是使用光活性抗菌剂(LAAA) [
2,
3]。
光活性抗菌药物兴奋时适当波长的光,即红灯,产生单线态氧和/或激进分子的高细胞毒性细菌(
4,
5]。使用LAAAs治疗或预防传染性疾病被称为光动力疗法(PDT) [
6]。
LAAAs通常等无机或有机染料亚甲蓝(MB)。LAAAs封装在聚合物所表现出对多种病原菌抗菌活性(
7- - - - - -
9]。流程用于封装LAAAs为医疗应用程序由弹性体聚合物浸渍到LAAA解决方案包含一个溶剂肿胀的能力矩阵;在这个阶段,渗透进了弹性体着LAAA的解决方案。
水凝胶是遇水膨胀材料在三维聚合物网络具有固体的力学性能和扩散运输液体。微观孔隙和弹性,提供水控股和膨胀能力。这些属性使得水凝胶生物医学应用前途的材料(
10]。最近,polysaccharide-based水凝胶在药物输送系统有吸引力和敷料材料因其具有非凡的膨胀特性,生物降解性,生物相容性、无毒性
11]。
在最近的研究中,我们报告一个类聚丙烯酰胺水凝胶(
12)获得由星形支化交联共聚物的PAA多糖。结果表明:dextran-graft-polyacrylamide (D20-PAA)水凝胶表现出优势相比,基于线性聚丙烯酰胺水凝胶。D20-PAA水凝胶可以设计最优水或生物在水介质流体内容,良好的机械性能,形状稳定,柔软类似于软周围组织。考虑到使用的水凝胶作为伤口敷料的事实,在目前的工作中,我们试图创建水凝胶/ MB复合材料并研究抗菌光动力效应。单色的可见光
λ
=
660年
纳米
由于其使用最小的负面影响人体组织,刺激再生过程的能力(
13]。
2。材料和方法
2.1。水凝胶的合成
Dextran-graft-polyacrylamide (D20-PAA-x)水凝胶(图
1与不同的交联剂的浓度()
x
=
0.2
;0.4和0.6 wt。%)。水凝胶的合成是在我们以前的工作描述
12]。作为前体,我们使用由Sigma-Aldrich丙烯酰胺(AA)。右旋糖酐(D20开头)
米
w
=
20.
000年
克/摩尔,硝酸铈铵(IV)(可以),N, N
′
-methylene-bis-acrylamide (MBA)和亚甲蓝(MB)购买的丙烯酰胺。所有提供的试剂均为分析纯,使用前未经纯化。所有程序与水凝胶在去离子水中执行。
水凝胶合成的示意图表示。
![]()
D20-g-PAA-х水凝胶是由自由基聚合使用可以作为引发剂的交联剂MBA (
14)(图
1)。计算数量的右旋糖酐(0.02毫米)在25毫升蒸馏水溶解25°C。这个解决方案被清除氩冒泡20分钟,然后,发起人可以(0.03更易)补充道。在2分钟,AA(0.05摩尔),MBA(0.28、0.4或0.6克/ 100克单体AA)涌入反应混合物。形成水凝胶样品被从瓶24 h,用蒸馏水洗净,除去未反应的单体。最后,凝胶在干燥的环境温度。
2.2。确定残留丙烯酰胺
控制数量的剩余AA在水凝胶中,使用高效液相色谱法(HPLC)。水提取物由水域联盟高效液相色谱系统进行了分析与二极管矩阵检测器。列Nucleosil C18 (
4
×
250年
毫米
)的温度设定在20°C。进行检测的波长210 nm。甲醇/水蒸馏而成的混合比例的90/10
v
/
v
作为流动相,在1毫升最小的流量1。校准曲线确定AA的内容是由一系列的准备与已知浓度的解决方案。
2.3。水凝胶的制备与亚甲蓝加载
亚甲蓝的加载到水凝胶是由饱和水溶液的亚甲蓝的肿胀的水凝胶。染料浓度分别为0.0001和0.001 wt。%。的样本
1
×
1
×
1
厘米
多维数据集(~ 1 g)治愈了水凝胶的MB 12 h沉浸在一个解决方案。内部结构的交联共聚物网络和染料的化学结构如图所示
2。
内部结构的交联共聚物网络和染料的化学结构。
![]()
2.4。紫外可见光谱
使用Lambda 35紫外可见分光光度计测量吸光度(吸光度PerkinElmer, CA)模式(范围200 - 1000 nm),吸收最大的亚甲蓝(
λ
马克斯
=
668年
纳米
(
15])。在这种情况下,吸光度越大,染料浓度越高。染料在溶液的浓度不超过
0.25
×
10
−
3
wt。%,防止二聚的染料和一个额外的外观最大的吸收。光学光谱都是获得使用石英比色皿1厘米的路径长度。
2.5。染料吸附和解吸的动态研究
的动态研究染料扩散到水凝胶(吸附)是由估计的变化吸收最大MB的解决方案。
对于这个目标,直径7毫米的水凝胶样品放入亚甲蓝溶液(
C
=
0.25
×
10
−
3
wt。%)。水凝胶和解决方案在所有实验的质量比是1:4。在10分钟,nonabsorbed染料溶液的吸光度测定。进一步的测量进行了10分钟的时间间隔为150分钟,直到平衡浓度的染料在溶液中。nonabsorbed染料的浓度是由校准曲线,和染料吸收的水凝胶是得出结论(表
1)。
染料的扩散速度和平衡浓度染料亚甲蓝的吸附水凝胶。
| 样本 |
V
1
∗
(最低1) |
V
2
(最低1) |
C
情商
1
×
10
4
(wt %)。 |
C
情商
2
×
10
4
(wt %)。 |
| d20开头- paa - 0.2 |
0.10 |
0.40 |
4.16 |
1.46 |
| d20开头- paa - 0.4 |
0.08 |
0.35 |
3.64 |
1.59 |
| d20开头- paa - 0.6 |
0.07 |
0.33 |
2.94 |
1.61 |
∗
V
1
和
V
2
:扩散率MB到水凝胶的水凝胶;
C
情商
1
:水凝胶在吸附平衡MB浓度;
C
情商
2
:平衡MB浓度溶液中的吸附。
亚甲蓝的扩散的饱和水凝胶是类似的研究。在这种情况下,水凝胶样品含有MB放入蒸馏水。装有MB水凝胶和水的质量比在所有实验1:4。染料初始浓度的所有水凝胶
0.25
×
10
−
3
wt。%。在10分钟,眠染料溶液的光密度测定。进一步的测量进行了10分钟的时间间隔为150分钟,直到平衡浓度的染料在溶液中。眠染料的浓度是由校准曲线。
分析吸附和解吸率(V)的染料,染料浓度的一阶导数在解决方案更小时间计算。为此,实验依赖在对数坐标线性化:时间(ln
t
)更小的吸光度(ln
D
),根据线性拟合;依赖获得对应的斜率染料扩散的速率。轻微偏离线性范围不超过允许误差的实验。
2.6。抗菌研究
LIKA-Led(光子学+、Cherkasy、乌克兰)装置与波长激光发射器(
λ
前女友
)使用660纳米。与光从100 mW激光辐照长达20年,30和40分钟结果的能量密度21 J /厘米231.5 J /厘米2和42.1 J /厘米2,分别。
亚甲蓝的抗菌活性激活红灯停止研究
金黄色葡萄球菌(105CFU /毫升)。一个暂停
金黄色葡萄球菌(105CFU /毫升)准备在nonagar Muller-Hinton媒介。3.8毫升整除的暂停被放置在管;然后,0.2毫升0.02%的亚甲蓝溶液wt。%是添加到悬架和孵化37°C在整个实验过程。都暂停
金黄色葡萄球菌和暂停
金黄色葡萄球菌与亚甲蓝(660海里)与光从一个100兆瓦的激光长达3分钟,导致的能量密度0-18 J /厘米3。每个测试与控制,因为每1 - 3 h,有一个乘法的细菌和数量的一倍。%的杀菌效果评估CFU死亡相对于控制样本。
的抗菌活性水凝胶含有亚甲蓝(0.0005 wt。在暂停%)
金黄色葡萄球菌(105CFU /毫升)进行了研究。水凝胶样品放在细菌悬浮在水凝胶的质量比:
悬架
=
1
:
4
。120分钟后,平衡浓度等于MB的解决方案
0.0001
±
0.00002
%
wt %。进一步辐照光(660海里,100 mW)间隔20分钟和6 J / cm的能量密度3进行了。%的杀菌效果评估CFU死亡相对于控制样本。
一个磁盘扩散法应用于研究水凝胶的抗菌活性。野生菌株的
金黄色葡萄球菌被用作革兰氏阳性细菌模型的测试。野生株细菌获得电动媒介“Yolk-salt琼脂”[
16]。所选菌株的敏感性的作用进行了光和亚甲蓝在固体培养基上。悬挂的细菌(约105CFU /毫升)准备一个特定的标准,然后均匀到Muller-Hinton琼脂培养皿中。
培养皿中被分为四个部门以下简称1,2,3,4:控制(1),对于(2)光的照射,水凝胶饱和与亚甲蓝(3),和水凝胶饱和与亚甲蓝和辐照光(4)。水凝胶样品及其复合材料与MB减少到5毫米边广场和放置在与琼脂培养皿。然后,部门(2)和部门(4)与光辐照(
λ
前女友
=
660年
纳米
)。琼脂板被放置在一个孵化烤箱37°C和24小时。
MB-loaded水凝胶的抗菌活性是评估通过分析生长迟缓的直径(
17]。菌落(CFU)测定细菌悬浮液在执行Goryaev室与吖啶橙染色悬挂的整除后最终的染料浓度为0.001 wt。% (
18]。CFU决心使用发光吖啶橙的波长530纳米。
所有的实验进行了一式三份,意味着平均值被报道。
3所示。结果与讨论
3.1。动态吸附/解吸研究
亚甲蓝为水凝胶样品的扩散率是研究通过改变MB溶液的最大吸收的水凝胶。溶液的吸光度下降表明减少染料的浓度,因此,其在水凝胶的浓度的增加(图
3(一个))。
(一)吸收的变化最大MB的解决方案
λ
马克斯
=
668年
纳米
在水凝胶中的染料扩散:1:d20开头- paa - 0.2, 2: d20开头- paa - 0.4和3:d20开头- paa - 0.6;(b)吸收最大的变化在染料亚甲蓝溶液扩散的水凝胶:1:d20开头- paa - 0.2, 2: d20开头- paa - 0.4和3:d20开头- paa - 0.6。
![]()
![]()
图
3 (b)代表亚甲蓝的扩散的饱和水凝胶成水。在这种情况下,增加染料溶液的吸光度的最大吸光度对应的增加其浓度的解决方案。水凝胶的平衡态染料的解吸达成了所有样品130 - 150分钟。
MB的水凝胶的浓度平衡态表表示
1。很明显,水凝胶的交联度降低和亚甲蓝的扩散速率增加水凝胶。它是由更高的网格大小,因为它是在
12]。染料在水凝胶的平衡浓度高于溶液中,这表明染料分子和聚合物的分子间的相互作用矩阵由于极性基团和离子相互作用在当地水凝胶的体积。水凝胶的交联密度低导致更高的浓度扩散后的染料聚合物矩阵。
图
3 (b)显示了很强的依赖性的扩散过程使交联的水凝胶的浓度。加载MB的释放率水凝胶是最高的样本d20开头- paa - 0.2最低的交联密度,这对应于最大的网格大小的网络。
因此,水凝胶的吸附/解吸特性是治疗浓度的重要因素调节细菌活性物质的媒介。它允许创建新材料对于生物医学应用程序,例如,伤口敷料。因此,我们使用水凝胶d20开头- paa - 0.2最好的抗菌研究扩散性质。
3.2。抗菌研究
3.2.1之上。抗菌活性的激活MB细菌悬液
研究抗菌功效的红光(660海里)
金黄色葡萄球菌细菌悬液中表明你没有杀菌作用(图
4)。这是由于低光量子的能量和光敏剂目标细菌细胞的缺失。它也发现,亚甲蓝浓度为0.0001 wt。%的细菌悬液不会显示杀菌性能相对于细菌菌株。然后,红光照射和MB 0.0001 wt。%被结合,导致减少20% CFU小辐射剂量约2 J /厘米3。增加能量密度6 J /厘米3导致60%的CFU的灭活。进一步增加辐射剂量并不能促进经济增长的杀菌活性。这可能是由于改编的
金黄色葡萄球菌文化条件创建或缺氧或染料在溶液中。
杀菌作用的红光(660海里)(1)和亚甲蓝(104wt。%)激活红灯(660海里)(2)悬浮的野生菌株
金黄色葡萄球菌(
米
±
SD
)。
![]()
3.2.2。抗菌活性的细菌悬液的水凝胶含有MB
研究亚甲蓝的水凝胶的扩散到解决方案已表明染料的逐步释放到环境中在很短的时间内。这允许在很长一段时间内提供所需浓度的暂停病原菌的活性物质。考虑结果,水凝胶材料的杀菌作用加载与亚甲蓝结合可见光辐照研究。d20开头- pa - 0.2最低的交联密度和扩散率最高的单独成为一个MB容器。首先,这是表明,单个组件如纯净的水凝胶,光线照射在6 J /厘米3,亚甲蓝不具备抗菌能力在细菌悬液(图
5)。同时,复杂的水凝胶复合行动d20开头- paa - 0.2 / MB和光线照射导致的损失60%的初始数量的菌落,孵化的水凝胶在40分钟的解决方案。
杀菌作用的红光(660海里)(1),亚甲蓝(104wt. %)(2),纯d20开头- paa - 0.2(3),和满d20开头- paa - 0.2 MB和激活红灯(660海里)(4)悬浮的野生菌株
金黄色葡萄球菌。
能源
密度
=
6
J /厘米3,
米
±
SD
。
![]()
3.2.3。抗菌活性的水凝胶含有固体培养基上MB
细菌悬液的抗菌研究的上述结果表明复合材料的抗菌功效基于交联水凝胶含有亚甲蓝和激活红光照射。因为这类复合材料对水凝胶敷料前途的材料,这是有趣的研究表面抗菌性能。抗菌功效是由几个因素如光活性抗菌剂的性质,其扩散速度和浓度,水凝胶性质,和细菌菌株。
水凝胶的杀菌活动d20开头- paa - 0.2 MB的低浓度
1
×
10
−
3
和
1
×
10
−
4
wt。%对野生
金黄色葡萄球菌菌株被纸片扩散法(图研究
6)。可以看到从图
6水凝胶含有MB的辐照
1
×
10
−
4
wt。%不同光能量密度(660海里)不会导致明显的杀菌活性。MB的浓度增加的时候出现
1
×
10
−
3
wt。%,其杀菌活性增加和辐射剂量的依赖。
杀菌效果满d20开头- paa - 0.2 MB激活红灯(660海里)对野生菌株Muller-Hinton琼脂
金黄色葡萄球菌。
C
工商管理硕士
=
10
−
3
,104wt。%,H:水凝胶样品的直径,
米
±
SD
,
∗
p
<
0.05
。
![]()
因此,水凝胶复合材料加载以亚甲蓝为光活性抗菌剂和辐照红灯(660海里)拥有媒体在抑制和杀菌效果。这让他们很有前途的材料为光动力治疗伤口敷料和应用。