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壳聚糖微球分散体系的抑菌性研究

孔明  
【摘要】: 壳聚糖(chitosan)是甲壳素(chitin)的脱乙酰的产物,是一种天然可生物降解的阳离子多糖。有关壳聚糖及其聚合物抗菌性能的研究表明,壳聚糖不仅具有天然抗菌性能,而且具有广谱抗菌性。近年来,关于甲壳质、壳聚糖及其衍生物的抑菌机理的认识经有了长远的发展,但抑菌行为的确切机理还不清楚。同时,由于壳聚糖的水溶性较差,研究大都围绕其水溶性衍生物,即溶液状态壳聚糖的抑菌行为展开。本文基于一种固态的壳聚糖微球分散体系的制备及其理化性质的研究,以一种新型介质通过界面作用来研究壳聚糖的抑菌性。 采用乳化交联法制备的不同类型的壳聚糖微球(CMs)样品球型完整,边缘清晰,表面光滑,具有良好的热稳定性,能够在110 rpm的培养基中形成良好稳定的固体分散体系。粒径分布表明,微球大小均一,平均粒径为124μm。红外图谱分析表明了不同脱乙酰度(DD)样品之间结构的差异;特征吸收峰表明油酰基团成功引入了壳聚糖分子。电位滴定法计算出了三种不同脱乙酰度样品的DD分别为97.3%、83.7%、62.6%;红外光谱法计算得油酰壳聚糖微球(OCMs)的取代度分别为5%和10%。不同样品在不同pH条件下的解离常数pK a也呈现出了与结构相关的变化,这些变化会影响壳聚糖微球样品的抑菌行为。 壳聚糖微球分散体系对大肠杆菌E. coli和金黄葡萄球菌S. aureus的生长均具有抑制作用,随着体系中的微球浓度的增加而增强,随体系pH值得降低而增强,但在中性条件下,同样表现出了抑菌活性。由于菌种不同,壳聚糖微球对两种菌产生抑制的作用方式存在较大差异:对于S. aureus生长的抑制主要是通过壳聚糖微球样品的质子化与疏水性的共同作用实现的,而疏水相互作用是主要作用方式;对E. coli的抑菌效果主要取决于分子上的游离胺基的作用,疏水结构同样起着重要作用,但并非主要作用。 镁离子对细菌膜稳定性影响的研究表明,壳聚糖的抑菌活性与细菌细胞壁上结合的二价金属离子相关。在酸性环境中,微球质子化的表面能够与二价金属离子竞争结合菌体表面的负电性基团;中性环境中,作用于G+菌时,微球通过疏水结构改变菌体壁肽聚糖构象,而后游离氨基螯合二价金属离子,导致肽聚糖层解体;作用于G-菌时,微球表面的游离胺基可直接螯合二价金属离子,导致细菌外膜解体。微球与菌体通过表面结合导致细胞壁外层的破坏是壳聚糖产生抑菌作用的第一步,使磷脂双分子层暴露出来。 对菌体膜蛋白的影响表明,无论是中性还是酸性环境中,微球都会导致菌体细胞壁甚至细胞膜结构发生变化,改变壁蛋白及膜蛋白的空间构象;电镜照片显示细菌与CMs借助表面相互结合,通过界面抑制作用产生抑菌行为,为CMs可导致菌膜破裂,胞内物质释放提供直接证据;细胞膜透性实验,说明CMs与菌体相互作用后,增强了细胞膜的渗透性,从而降低了对菌体胞内物质的保护,并且作用随CMs表面疏水性的增强而增强;卵磷脂对CMs抑菌作用影响的研究,揭示了磷脂在CMs与E.coli及S. aureus菌体细胞膜相互作用中作为结合位点,与壳聚糖分子反应,改变菌体膜透性并引起菌体膜破裂,导致细菌死亡。


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