载氨苄西林聚丙烯补片的抗菌效果*

胡 深 乔燕莎 高立恒 夏克尔·赛塔尔

1. 新疆大学纺织与服装学院， 新疆 乌鲁木齐 830046；2. 东华大学纺织面料技术教育部重点实验室， 上海 201620

疝气，即人体组织或器官一部分离开原来的部位，通过人体间隙、缺损或薄弱部位进入另一部位，俗称“小肠串气”[1-2]。腹壁疝是外科常见的多发疾病之一，以腹股沟疝最为常见，占腹部疝发生率的75%[3]。中国每年约有300万新发的腹股沟疝病人，以及50万例以上的其他类疝。目前治疗疝气唯一且有效的方法就是进行疝修补[4-5]。

手术疗法已经从传统的疝修补手术发展到现在的无张力疝修补手术[6]。无张力疝修补手术以人工生物材料为补片加强腹股沟管的后壁[7]，降低了缝合张力并保留了正常的组织解剖关系，且人工疝修补片具有良好的组织兼容性，术后复发率明显下降[8-9]。该疗法过程简单、操作便捷，但也会因为植入补片材料易发生感染问题，给病患造成极大的痛苦[10]。

目前解决该问题最常用的方法是对疝气补片进行抗菌修饰[11]，如采用金属纳米粒子修饰[12]、抗菌酶修饰[13]、抗菌素修饰[14]。其中抗菌素修饰以其抗菌时间长、抗菌效果好的优点被广泛使用，但是随之也出现了新的问题，即细菌的耐药性问题。为了应对该问题，已经有研究使用新型抗菌剂如三氯生、苯扎溴铵等[15]，从而达到减弱细菌耐药性的目的。本文以氨苄西林为研究对象，对负载氨苄西林的聚丙烯补片的抗菌效果进行研究，以期制作出抗菌性更加优良的补片[16]。

本文先对聚丙烯补片表面进行冷等离子体处理[17]，使其具有羧基或羟基[18]，然后通过多巴胺自聚合反应在聚丙烯补片表面构建仿生聚多巴胺(PDA)膜层。由于聚多巴胺对金属离子有络合作用和还原能力，因此可以利用聚多巴胺膜层的还原性将氨苄西林沉积在PDA膜层中，从而修饰聚丙烯补片，形成具有持久抗菌效果的补片。

1 试验部分

1.1 原料

聚丙烯补片(PP)，质量轻，面密度为28 g/m2，小六角孔尺寸为0.9 mm×1.0 mm，由日照天一生物医疗科技有限公司提供；盐酸多巴胺(纯度为98%)，购自中国上海能源化工有限公司；三羟甲基氨基甲烷(Tris)，购自上海易恩化学技术有限公司；氨苄西林(又称氨苄青霉素)，购自深圳市森迪生物科技有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 对聚丙烯补片进行等离子体处理

使用Atomflo A400型等离子体机(美国Surfx Technologies公司)对尺寸为4 cm×4 cm的聚丙烯补片进行表面功能化处理。使用优化的时间(300 s)、功率(100 W)和压力(10 Pa)等参数[19]进行等离子体处理，将等离子体处理后的PP样品命名为D-PP。

1.2.2 多巴胺溶液的制备

称取100.00 mg多巴胺、121.14 mg三羟甲基氨基甲烷(Tris)放入100 mL的广口锥形瓶中。然后加入50 mL蒸馏水，最后用200 μL移液器(事先调至24 μL)移取24 μL盐酸(质量分数为36%)到烧杯里。至此，多巴胺溶液配制完成。

1.2.3 补片负载PDA膜层

将未经任何处理的聚丙烯补片(2 cm×2 cm)以及等离子体处理后的补片(2 cm×2 cm)放入配好的多巴胺溶液中，然后放入恒温摇床(温度为37 ℃，转速为80 r/min)中进行24 h的修饰。等离子体处理后负载聚多巴胺膜层的补片样品命名为DJ-PP，未经等离子体处理的负载聚多巴胺膜层的补片样品命名为KJ-PP。

1.2.4 补片负载氨苄西林

将第一次修饰后的两种补片样品取出，然后用蒸馏水冲洗几次，再放入真空干燥箱中干燥。称取0.7 g氨苄西林放入100 mL广口锥形瓶中，然后加入50 mL蒸馏水，放在磁力搅拌器上(转速为500 r/min)搅拌3 h，至此，氨苄西林溶液配制完成。将未经任何处理的聚丙烯补片(2 cm×2 cm)以及干燥后的KT-PP、DJ-PP补片样品分别浸泡在氨苄西林溶液中，之后在恒温摇床(温度为23 ℃，转速为100 r/min)中进行24 h的修饰。24 h后将3种样品取出用蒸馏水冲洗干净，然后放入真空干燥箱中干燥。干燥后的样品依次命名为A-PP、A-KJ-PP、A-DJ-PP。

1.2.5 聚丙烯补片的结构与形貌表征

利用RapidSight型红外光谱仪(深圳维尔克斯光电有限公司)分析PP、D-PP样品在等离子体处理后是否产生羟基、羧基等官能团；利用ESCALAB 250Xi型X射线光电子能谱仪(美国ThermoFisher Scientific)对DJ-PP补片样品中存在的元素进行定性分析；利用SV8010型场发射扫描电子显微镜(日本Hitachi)对补片样品A-DJ-PP、A-KJ-PP、A-PP的形貌进行表征。

1.2.6 补片抗菌效果的测定

采用琼脂扩散试验方法评估3类聚丙烯补片样品的抗菌性能[20]。选用大肠埃希菌(E.C，ATCC 25922)和金黄色葡萄球菌(S.A，ATCC 25923)，取培养15 h的试验菌液(105 CFU/mL)，用无菌三角涂布棒将菌液分别均匀涂布于牛肉膏蛋白胨琼脂平板表面，稍干后用无菌镊子取经灭菌后的补片样品贴于琼脂平板表面，在37 ℃恒温箱中培养24 h后观察并测量抑菌圈直径[21]。

2 结果与讨论

2.1 红外光谱分析

图1 等离子体处理前后样品的红外光谱

2.2 改性聚丙烯补片的化学结构

采用X射线光电子能谱技术对DJ-PP样品表面的主要元素组成及其含量进行分析，并对数据进行整理汇总，结果如图2所示。由聚丙烯的分子式(C3H6)n可知，聚丙烯补片不含O元素和N元素，但在图2中可以明显看到除了C1s峰外，还有O1s和N1s峰，而多巴胺膜层中是含有O和N两种元素的，因此可以判定DJ-PP样品表面涂覆有PDA膜层。

图2 DJ-PP的X射线光电子能谱

2.3 改性聚丙烯补片的表面形貌

A-PP、A-KJ-PP、A-DJ-PP的SEM图如图3所示。对比图3a)d)g)可知，图3a)中的PP纤维表面非常光滑，导致A-PP补片样品难以负载药物，这可从图3b)c)中直观地看出来。由图3d)g)可知，A-KJ-PP与A-DJ-PP都可以在PP纤维表面观察到PDA，但是图3g)中的PP纤维被PDA覆盖的面积比图3d)中的大，这可能是因为等离子体处理后PP补片表面被活化，活化后的基团通过氢键更有效地增强了PDA的黏附。通过图3e)f)与图3h)i)的载药情况也可明显看出，A-DJ-PP的载药量明显更多。由此可见，等离子体处理后的补片样品可有效涂覆PDA，从而提高载药量。

图3 A-PP、A-KJ-PP及A-DJ-PP的SEM图(分图题中下标数字表示不同测试位置)

2.4 聚丙烯补片的抗菌性能

A-PP、A-KJ-PP、A-DJ-PP的抗菌性能表征结果如图4所示。从图4可以看出：A-PP未表现出抗菌性能，表明未经任何处理的PP补片很难负载药物；而表面涂覆有PDA膜层的PP补片(A-KJ-PP)则具有良好的抗菌效果，金黄色葡萄球菌以及大肠埃希菌的抑菌圈平均直径分别为33.5 mm和28.4 mm。经等离子体处理并涂覆了PDA膜层的补片样品A-DJ-PP的抗菌效果更佳，金黄色葡萄球菌以及大肠埃希菌抑菌圈的平均直径分别为47.7 mm和46.5 mm。这可能是因为等离子体处理可以提高PDA在PP纤维上的涂覆效率，从而使补片具有了较强的黏结力，并且比未经等离子体处理的聚丙烯补片能负载更多的氨苄西林，补片自身的抗菌性能也得到提高。

图4 A-PP、A-KJ-PP及A-DJ-PP的抗菌性能

3 结论

制备了用于疝修补的PDA涂层抗菌聚丙烯补片。相比未经等离子体处理的聚丙烯补片，等离子体处理后聚丙烯补片具有更好的载药性能和抗菌性能，表面涂覆PDA膜层的补片比未涂覆膜层的补片有更好的性能。等离子体处理后补片得到活化，聚丙烯补片表面能够涂覆更多的PDA涂层，提高了自身的黏结力，从而负载更多的氨苄西林，继而具有较好的抗菌性能。因此，载氨苄西林聚丙烯补片有望成为预防植入补片发生感染的良好选择。