基于DNase模拟酶/聚离子液体抗菌材料的合成与应用

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几个世纪以来,细菌病原体感染对人类公共卫生健康造成了巨大的威胁,每年有不计其数的人因此而失去生命。细菌耐药性的广泛传播以及顽固生物膜的形成更是使得人类的抗菌之路雪上加霜。因此,开发新的策略以更加有效的遏制耐药性传播以及进行生物膜感染相关疾病的治疗具有重要意义。研究发现,细菌可以通过转化和表达裸露的外源DNA,从而获得新的耐药性。这意味着细菌死亡后留下的耐药基因将成为耐药性的传播源。此外,细菌还可以通过形成生物膜提高耐药性,其分泌的胞外DNA(eDNA)会粘合蛋白质与多糖形成一层致密的胞外基质,为细菌提供坚实的物理屏障。因此,高效稳定的DNA清除剂在阻止耐药性传播及消除生物膜感染方面有着重要的意义。近年来,一系列具有分解DNA活性的模拟酶材料被开发出来,相比于天然的脱氧核糖核酸酶(DNase),模拟酶具有成本低,不易失活,应用范围广等优点。其中,稀土金属Ce基的DNase模拟酶因其良好的生物相容性和优异的催化性能更是成为了研究的热点。然而,DNase模拟酶因其抗菌性的缺失,其应用范围受到了极大的限制。因此,将DNase模拟酶与其它抗菌策略联合起来,能够有效地拓宽DNase模拟酶在抗菌和阻断细菌耐药性传播方面的应用。本文以DNase模拟酶为中心,分别与聚离子液体、光动力疗法相结合,设计并合成了一系列新型多功能模拟酶材料,用于解决耐药基因污染以及生物膜难以清除问题,其主要研究内容如下:(1)设计并合成具有DNA分解活性的纳米纤维抗菌膜用于清除耐药基因。将聚离子液体与模拟酶官能团结合在了一起,制成了具有杀菌性及分解DNA活性的多功能纳米纤维膜,用于杀灭耐药细菌以及分解其残留的耐药基因。系统性地研究了该纺丝膜对耐氨苄青霉素大肠杆菌(E.coli(KanR))和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)的抗菌活性以及对DNA的清除效率。实验结果表明,所制备的双功能纳米纺丝对E.coli(KanR)以及MRSA的抗菌率高达97%以上并且能够有效的分解细菌残余的耐药基因。此外,该电纺纳米纤维膜具有良好的血液和细胞相容性,具有作为一种新型创面敷料的潜力。(2)设计并合成具有DNA分解功能的多功能氮化碳纳米片用于清除生物膜。本工作使用氧化剥离工艺,得到表面具有羧基的氮化碳纳米片,并通过酰胺化反应将Ce基模拟酶修饰到氧化氮化碳表面获得具有DNA分解能力的新型纳米材料。以金黄色葡萄球菌为模型,对材料的抗菌及抗生物膜性能进行了表征。实验结果表明:DNase模拟酶的引入大大加强了氮化碳的生物膜胞外基质清除性能,在光照下能够有效的破坏生物膜。
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