紫矿藤介导绿色合成铁纳米颗粒对金黄色葡萄球菌生物膜的抑制作用研究

《Clinical Phytoscience》：Eco-friendly fabrication of iron nanoparticles using Bauhinia purpurea and Inhibition of Staphylococcus aureus biofilms

本研究针对多药耐药金黄色葡萄球菌(S. aureus)生物膜引起的医院获得性感染问题，通过紫矿藤(Bauhinia purpurea)叶提取物绿色合成铁纳米颗粒(FeNPs)，系统评估其抗生物膜活性。研究结果显示，BP-FeNPs在500 μg/mL浓度下对S. aureus生物膜抑制率高达92.74%，且呈现浓度依赖性抑制效应。该研究为医疗设备表面抗生物膜涂层提供了新型环保解决方案，对预防植入物相关感染具有重要临床意义。

　　

在当代医疗实践中，由多重耐药细菌引发的医院获得性感染已成为严峻的临床挑战。特别是金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)这种革兰氏阳性致病菌，其能够在各种医疗器械表面形成顽固的生物膜(biofilm)，这种三维立体结构不仅为细菌群落提供了物理屏障，还创造了独特的微环境，使细菌对抗生素的耐受性提高至浮游状态的1000倍以上。更令人担忧的是，研究表明低浓度抗生素反而可能刺激生物膜的生长，形成恶性循环。面对这一困境，纳米技术为抗感染治疗带来了新的希望，其中铁纳米颗粒(FeNPs)因其生物相容性高、表面活性强等特性，成为抗生物膜研究的热点。

在这项发表于《Clinical Phytoscience》的研究中，印度Thrissur地区圣托马斯学院和Amala综合医学研究部门的科研团队创新性地利用传统药用植物紫矿藤(Bauhinia purpurea)的叶提取物，通过绿色合成法制备铁纳米颗粒，并系统评估其对金黄色葡萄球菌生物膜的抑制作用。这种环保的合成方法避免了传统化学合成中有毒试剂的使用，符合可持续发展理念。

研究人员采用了几项关键技术方法：通过紫外-可见光谱(UV-Vis)表征纳米颗粒的表面等离子共振(SPR)特性；利用X射线衍射(XRD)分析晶体结构；通过扫描电子显微镜(SEM)观察形貌特征；采用微孔板结晶紫染色法(MTP)定量评估生物膜抑制效果；并以线性低密度聚乙烯(LLDPE)为模型表面，分析纳米颗粒对细菌黏附的干预作用。研究使用的S. aureus菌株为MTCC No. 902标准菌株。

合成和表征BP-FeNPs

通过生物制备法成功合成了铁纳米颗粒，反应过程中溶液颜色由黄褐色变为绿黑色，表明Fe³⁺离子被成功还原。紫外-可见光谱分析显示在320-330 nm处出现明显的吸收峰，这是FeNPs表面等离子共振的典型特征。XRD图谱显示衍射角为34.6°，与标准FeNPs的35.2°接近，通过Scherrer方程计算得出平均晶粒尺寸为32 nm。SEM观察显示纳米颗粒呈不规则球形，尺寸范围为100-200 nm，这种较大的尺寸归因于植物提取物中生物活性成分的包覆效应。

生物膜抑制的光谱分析

通过结晶紫染色微孔板实验定量评估了BP-FeNPs的抗生物膜活性。结果显示，纳米颗粒对S. aureus生物膜形成具有浓度依赖性抑制作用。在最高测试浓度500 μg/mL时，抑制率达到92.74%；即使在最低浓度31.25 μg/mL下，也实现了35.48%的抑制效果。这种剂量效应关系表明BP-FeNPs能够有效干扰生物膜的形成过程。

生物膜抑制的表面形态分析

SEM观察直观展示了BP-FeNPs对细菌表面黏附的抑制作用。未处理样品表面可见明显的凹陷和沟槽，这是细菌生物膜形成和降解活动的结果；而经BP-FeNPs处理的样品表面则相对光滑，表明细菌无法有效附着。这一发现证实了BP-FeNPs能够阻止细菌在材料表面的初始定植，这是抑制生物膜形成的关键步骤。

研究讨论部分深入分析了BP-FeNPs的作用机制。生物膜形成是一个复杂的多阶段过程，包括可逆附着、不可逆附着、微菌落形成、胞外聚合物(EPS)分泌和成熟等阶段。BP-FeNPs可能通过多种途径干扰这一过程：其纳米尺度特性使其能够深入生物膜基质，造成物理破坏；表面活性促进活性氧(ROS)生成，导致细菌膜结构损伤；还可能通过影响群体感应(QS)系统相关基因(如icaA、icaD、sarA和agr)的表达，干扰细菌间的信号传导。紫矿藤中含有的黄酮类、单宁和酚类等生物活性成分，不仅作为还原剂和包覆剂参与纳米颗粒合成，还可能协同增强其抗生物膜活性。

该研究的创新点在于首次报道了紫矿藤介导合成的FeNPs作为高效、环保的抗生物膜剂，对预防医疗器械相关感染具有重要应用前景。与传统抗生素相比，纳米颗粒具有比表面积大、穿透性强、多机制协同等优势，能够有效克服生物膜屏障。未来研究可进一步探索BP-FeNPs在具体医疗设备涂层中的应用潜力，以及其与常规抗生素的协同效应，为解决临床耐药菌感染问题提供新策略。