【摘 要】
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抗生素滥用导致细菌耐药性严重威胁全球的健康和安全。菌膜（bacteria biofilm,BF）作为细菌抵御外界不良因素的主要生存模式,是造成细菌耐药性的主要原因。菌膜是由细菌及其分泌的胞外基质（由胞外DNA、多糖和蛋白质等生物大分子交联而成）所组成的三维类水凝胶结构。胞外基质可以阻止抗生素等抗菌剂穿透菌膜进而杀伤细菌。如何提高抗菌材料的菌膜穿透性成为解决细菌耐药性的难题之一。本论文设计并合成了沸
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抗生素滥用导致细菌耐药性严重威胁全球的健康和安全。菌膜（bacteria biofilm,BF）作为细菌抵御外界不良因素的主要生存模式,是造成细菌耐药性的主要原因。菌膜是由细菌及其分泌的胞外基质（由胞外DNA、多糖和蛋白质等生物大分子交联而成）所组成的三维类水凝胶结构。胞外基质可以阻止抗生素等抗菌剂穿透菌膜进而杀伤细菌。如何提高抗菌材料的菌膜穿透性成为解决细菌耐药性的难题之一。本论文设计并合成了沸石咪唑框架复合纳米颗粒,即ZIF-8包载脱氧核糖核酸酶DNaseⅠ的纳米复合颗粒（ZDNP）,并将其用于阻止菌膜生长,获得良好的抗菌膜效果,为菌膜防治提供了新策略。主要研究内容和成果概述如下:1、ZDNP复合纳米颗粒的抗菌膜研究胞外DNA在菌膜的形成和结构稳定方面起到关键性的作用,已经成为抗菌膜策略的作用靶点。沸石咪唑框架材料在药物递送方面展示出优越的效能,并且具有响应酸性环境裂解释放被包埋材料的能力,成为抗菌剂递送和菌膜微环境响应释放的理想载体。本部分工作设计了一种沸石咪唑框架的复合材料,即ZIF-8包载脱氧核糖核酸酶DNaseⅠ的纳米复合颗粒（ZDNP）。SEM、DLS、XRD等表征结果证明ZDNP的成功合成,以及酸性pH（5.4）响应释放DNaseⅠ降解底物DNA。结晶紫实验证明了ZDNP可以显著抑制铜绿假单胞菌菌膜的形成（抑菌效率为60%）;而且,ZDNP可以快速（30 min-1 h）穿透进入菌膜,并在2 h内分散清除成熟菌膜（清除率84.4%）。这些结果充分证实ZDNP具有优异的菌膜穿透、菌膜微环境响应释放药物,以及靶向降解胞外DNA分散菌膜的能力。2、ZDNP纳米颗粒和环丙沙星联用抗菌膜菌膜为细菌提供了抵御外界环境的天然屏障,导致抗生素很难穿透菌膜到达其内部与细菌接触。所以我们利用ZDNP的良好穿透性,为抗菌剂能够进入菌膜发挥作用提供助力。故而本部分工作选择了临床中常用的抗生素环丙沙星（CIP）与ZDNP联用分散菌膜。结果显示,与CIP和ZDNP单独处理菌膜的结果相比,两者联合使用可以显著提高菌膜的分散能力（提高约50%）,达到协同抗菌膜的良好效果。3、ZDNP纳米颗粒涂层的抗菌膜研究基于ZDNP纳米颗粒已证实的良好抗菌膜性能,本部分的工作选择医疗器械中常见的硅橡胶材质（主要用作导管、导尿管等）作为基底,利用旋涂法制备了ZDNP涂层。扫描电子显微成像和元素分析证明ZDNP涂层成功合成;并发现其在水相中具有良好的稳定性（监测7天）。而且ZDNP涂层能够有效阻止菌膜生成,在临床植入器械和环境界面抗生物污染方面展示了应用潜力。本论文设计并合成了ZDNP复合纳米颗粒,并通过多种物理化学表征手段证明材料成功合成,且具有良好的稳定性。同时,荧光分析和琼脂糖凝胶电泳表明ZDNP纳米颗粒能够响应酸性环境释放DNaseⅠ并切割DNA。当ZDNP纳米颗粒与铜绿假单胞菌菌膜相互作用时,一方面,ZDNP纳米颗粒对菌膜的生长起到抑制作用;另一方面,ZDNP能够在短时间内迅速有效地分散菌膜。当ZDNP纳米颗粒与环丙沙星联用时,能够大大助力抗生素有效作用于细菌。我们还利用旋涂技术在硅橡胶基底上制成ZDNP涂层,它不仅在水中不易脱落而且可以有效抑制菌膜生成,展示了极大的临床应用潜力。本论文的研究内容和成果为设计具有快速穿透菌膜和精准靶向菌膜结构的抗菌膜策略提供了新思路,为解决菌膜感染引起的医疗器械生物污染提供了新材料。
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