细菌纤维素用作伤口敷料的研究

李瑞赞 马 维

（常熟理工学院纺织服装与设计学院，江苏 常熟 215500）

1 引言

细菌纤维素是由木醋杆菌等微生物经过液态发酵制得的凝胶状膜。与植物纤维素和动物纤维素相比，将BC 作为伤口敷料具有以下优势：高纯度、高持水性、高杨氏模量和抗张强度、良好的生物相容性，能防止细菌感染和吸收液体，加速伤口愈合，利于皮肤组织生长。此外，细菌纤维素具有多孔纳米纤维结构，作为功能化伤口敷料应用时有利于气体交换，从而可以为伤口恢复提供必要的有氧条件，可作为药物载体负载抗菌成分、止血成分、促细胞生长因子等多种药物，针对不同伤口类型进行针对性治疗[1]。目前，BC 敷料在烫伤、烧伤、皮肤移植、创伤等的治疗中的应用已取得了突破性的进展。

2 细菌纤维素敷料简介

2.1 细菌纤维素生产方式

目前主要有静态培养法和搅拌培养法两种方式生产细菌纤维素，前者是将生产菌株（如乙酸杆菌、酵母菌等）与培养基混合后置于静止状态下进行发酵。后者相对于静态发酵更为高效。它通过加入机械搅拌来促进微生物在液体中均匀分散，并且加速细菌纤维素纤维化过程，该方法适用于大规模工业化生产。生产过程中，需要掌握好发酵温度、培养时间和培养基成分等因素的调整，以便获得高产量和高品质的纤维素产物。

2.2 细菌纤维素作为创伤敷料的优点

细菌纤维素是天然产物，与人体自身组织具有较好的相容性和生物可降解性。其分子链呈线性排列，具有很高的强度和耐久性，可以有效地保护创口免受外界因素的干扰。同时其亲水性很强，在吸收渗出液时可以迅速将多余水分排出，保持创面周围的酸碱平衡并抑制病菌生长。

经过处理后的细菌纤维素材料可形成一种三维网状结构，这种结构可以模拟人类皮肤组织的微观结构特征，并且能够促进血管新生、加速血液循环、促进伤口愈合。

2.3 敷料用细菌纤维素的形式

水凝胶型敷料：水凝胶具有较高的含水量并且可以模拟人体胞外基质，具有比其他材料更高的生物相容性。目前，抗菌水凝胶在医疗器械、伤口敷料、药物递送等领域有着广泛的应用。水凝胶用于伤口敷料可以在患者伤口部位持续释放药物，大大减少了多次替换传统敷料给患处带来的二次损伤，水凝胶高含水量及良好的粘合特性给予伤口持续的湿润环境，利于伤口愈合。王哲等以细菌纤维素为基本框架，添加具有一定抑菌效果的Fmoc-氨基酸，二者通过氢键相互作用形成稳定的、并且具有较高机械强度的水凝胶。结合抑菌圈法、菌落计数法实验比较出BC/Fmoc-F 氨基酸水凝胶对于金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌类的革兰氏阳性菌具有较好的抑制作用，可有效用于伤口敷料，并应对金黄色葡萄球菌等致病菌引起的感染问题。

薄膜型敷料：细菌纤维素膜敷料在潮湿情况下力学强度高，对液、气及电解物有良好的通透性，与皮肤相容性良好；此外，薄膜敷料灵活性高，可在易弯曲关节处使用，能够将伤口湿度维持在一定范围内促进伤口愈合且对伤口粘附力较轻。细菌纤维素薄膜可作为缓释药物的载体，携带各种药物促使创面的愈合和康复；且产物制备过程简便、环保、生产成本低，可实现制备出的敷料产品的大规模实际应用。王金海等将c-聚赖氨酸（s-PL）均匀吸附在BC 上，制备聚赖氨酸/细菌纤维素抗菌薄膜敷料PLBC，并通过抗菌测试得出其对大肠杆菌的抑制能力大于金色葡萄球菌。

3 细菌纤维素敷料的抗菌改性

3.1 抗生素抗菌改性细菌纤维素敷料

抗生素通过抑制细菌细胞壁合成，增强细菌细胞膜通透性，干扰细菌蛋白质合成以及抑制细菌核酸复制转录来影响细菌细胞发育达到抗菌的目的。将BC 制备成抗菌复合材料的最直接方式就是将抗生素直接加入BC 中，使其具有抗菌性。Lemnaru 等将细菌纤维素冷冻干燥，浸入阿莫西林/杆菌肽溶液中24 h，制得了负载着阿莫西林/杆菌肽的抗菌材料，并且证实其具有较好的抗菌性，是一种潜在的抗菌伤口敷料。虽然在细菌纤维素中添加抗生素已经被广泛地应用于临床，但是在医学界，细菌的耐药性不断地增强，寻找一种不增强细菌耐药性的抗菌材料是当务之急，在细菌纤维素中添加无机或有机的高效抗菌剂成为研发细菌纤维素抗菌材料的主要方向。

3.2 天然抗菌剂改性细菌纤维素敷料

壳聚糖（CS）具备许多优良的特性,如透气性、水蒸气渗透性、生物相容性、抗菌性和止血功能,在医用皮肤敷料和药物释放领域受到广泛的关注。江凯等以细菌纤维素、壳聚糖为原料,采用原位化学交联的方式制备细菌纤维素-壳聚糖复合水凝胶并通过体外实验初步探讨了其在医用皮肤敷料和药物传输中的应用。经实验证明对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有良好的抑制性，体外毒性实验表明水凝胶无细胞毒性。综合以上结果可以看出,该凝胶具有优异的抗菌性,有望作为一种新型可生物降解的抗菌敷料替代传统敷料。

3.3 金属及其氧化物抗菌改性细菌纤维素敷料

某些金属如银、铜、锌等具有良好的抗菌性能，其离子可以通过溶解或反应释放到外部环境中，进而杀灭细菌。金属氧化物可在水中形成带正电的空位，并吸附被杀死细菌的负电荷，从而造成亲合力，最终通过将微生物膜裂解产生杀菌效果。Liu 等通过在BC 水凝胶的纳米纤维上原位形成银纳米簇（Siver Nanoclusters, Ag NCs），制备抗菌银纳米簇基水凝胶，该水凝胶对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均表现出优异的杀菌性能，使其成为没有耐药性的潜在抗菌材料。Almasi 等通过生化学和沉淀法两种原位合成方法，制备CuO-BC 纳米材料，抗菌实验结果表明，该复合材料对大肠杆菌（革兰氏阴性菌）和金黄色葡萄球菌（革兰氏阳性性菌）的生长都具有很好的抑制作用。

3.4 季铵盐抗菌改性细菌纤维素敷料

季铵盐类物质在一定的pH 值中，会形成阳离子进而吸附细菌中的负离子物质，如细胞膜中的负离子物质或细菌代谢中的带负电荷的中间产物，从而破坏细菌的细胞壁、细胞膜结构或者合成系统，从而抑制细菌的繁殖或者直接杀死细菌。Liu 等选择乙烯基2-甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵作为抗菌剂，以BC 为基体，通过自由基聚合法使季铵盐大分子接枝在BC 表面，增加细菌纤维素表面电荷密度，导致其对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌活性增强。此外，这种复合材料还具备良好的体外生物相容性，为其在健康护理领域的应用奠定了理论基础。

3.5 卤胺抗菌改性细菌纤维素敷料

N-卤胺化合物广谱抗菌，可在10-30 min 内使所有接种菌株失活，对人体安全，抗菌功能可再生，是一种“绿色”的抗菌剂。卤胺类抗菌剂的抗菌原理主要是因为N-Cl 结构具有很强的氧化性能，可以使细菌蛋白质变性，同时其细胞膜表面的巯基被氧化，进而破坏细菌细胞膜和细菌的正常代谢，抑制进而杀死细菌。迄今为止，尚未有卤胺化合物产生细菌耐药性的报道。Zhang等尝试将乙烯基卤胺化合物共价接枝在BC 表面，结果表明，该复合敷料的抗菌性能优异，可在30min 接触时间内使所有接种菌株失活，且生物安全性高，为设计新型高效杀菌伤口敷料提供了新的思路。

4 结语

细菌纤维素因其具有纤维超细、高纯度、高结晶度、良好的机械性能、高持水性、良好的生物相容性及生物可降解性，其在医学领域得到了广泛的认可及应用，已成为一种具有极大发展潜力的新材料。为了拓展细菌纤维素在抗菌领域的应用，本文列举了多种抗菌材料与细菌纤维素复合获得抗菌能力的研究成果，结果表明复合抗菌敷料具有优异的杀菌效果，是将来创伤敷料发展的重点方向。