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聚乙烯表面生物被膜的形成及其抑制

李焕新  
【摘要】: 高分子材料因其具有优异的力学性能而广泛应用于医学领域,但医用高分子材料制品在人体内留置一段时间后,细菌容易在其表面粘附并形成生物被膜。由于生物被膜的保护作用,膜内细菌能够逃逸抗菌药物的杀伤作用和机体免疫系统的清除,从而引起顽固性感染,增加病人的生理痛苦和经济负担。因此,研究能够抑制生物被膜形成的高分子材料对预防高分子导管相关感染具有重要意义。 本论文采用共混方法在低密度聚乙烯中分别加入银系抗菌剂与Triclosan制备抗菌材料,以大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌和白色念珠菌为实验菌,研究了各试样表面生物被膜的形成情况,获得了如下成果: (1)各试样表面接触角接近说明添加的抗菌剂对试样表面亲水性影响很小。参照JIS Z 2801:2000进行的抗菌性能检测结果表明两种改性PE试样具有优异的抗菌性能,对E. coli和S. aureus的抗菌率都达到99.9%。空白试样置于以LB营养液为培养介质的菌液中,试样表面在24h内形成生物被膜,其形成过程包括粘附、繁殖和成熟等阶段。 (2)体外生物被膜培养实验结果表明有机试样对四种菌种在其表面的生长都表现出良好的抑制作用,其中对金黄色葡萄球菌效果最好,表面基本没有细菌粘附,而添加无机银系抗菌剂的改性试样表面细菌密度与空白对照试样结果无明显差异,说明在此实验条件下无机试样对表面生物被膜形成缺乏抑制效果,而有机试样能有效抑制表面生物被膜的形成。 (3)研究了营养条件、菌液浓度、抗菌剂浓度对试样表面致病菌生长的影响。结果表明在营养物质匮乏的条件下,溶液中细菌的生长速率和菌体总量都有下降。在低营养条件和较低初始菌液浓度条件下,有机抗菌剂含量为0.3%就可以显著抑制病原菌在试样表面的粘附和生长,从而可以阻碍或延缓生物被膜的形成,而无机试样并没有表现出相应的效果。体外实验表明增加有机抗菌剂含量至0.5%可以显著提高试样对表面微生物的抑制效果。 (4)用扫描电镜和激光共聚焦显微镜对试样表面的BF进行形态学研究。SEM结果显示无机和空白试样表面均有大量细菌粘附,且有细胞外基质把细菌粘接或包裹,说明试样表面形成了生物被膜。有机试样表面基本不见粘附细菌,证明了有机试样具有良好的抑制生物被膜形成的性能。CLSM结果表明空白试样表面形成生物被膜,其结构形态具有多样、不均匀性的特点:外层细菌密度较低,且活性细菌居多,向内密度增加,同时死菌分布也增多。无机试样表面存在生物被膜,但膜内死菌较多。CLSM结果显示有机试样表面无生物被膜形成。 (5)测试结果表明抗菌剂的加入并未改变基体材料的机械性能。根据GB/T16886《医疗器械生物学评价》有关要求对医用抗感染高分子材料进行的生物学评价表明试样具有良好的生物安全性能,符合医疗器械要求。


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