从Sepia pharaonis（Ehrenberg, 1831）的墨鱼骨中合成壳聚糖纳米颗粒及其对口腔病原体的抗菌作用

《Pharmacological Research - Natural Products》：Synthesis of chitosan nanoparticles from cuttlebone of Sepia pharaonis (Ehrenberg, 1831) and its antimicrobial effects against oral pathogens

本研究从Sepia pharaonis cuttlebone提取壳聚糖，通过离子交联法制备纳米颗粒（CSNPs），表征显示其粒径85-130nm，具有显著抗菌活性，对大肠杆菌（MIC 1.0 mg/mL）和链球菌（MIC 1.5 mg/mL）抑菌圈分别为24±2.25mm和19±1.53mm，为可持续的海洋生物医用材料开发提供新途径。

　　这项研究探讨了从墨鱼骨（Sepia pharaonis）中提取壳聚糖纳米颗粒（CSNPs）的合成过程，并评估了其抗菌性能。壳聚糖是从壳聚糖中去除部分乙酰基后得到的产物，而墨鱼骨作为天然资源，提供了可持续的原料来源。研究团队通过一系列步骤，包括去除矿物质、蛋白质和乙酰基，最终成功制备出壳聚糖纳米颗粒，并利用离子交联法与三聚磷酸钠（TPP）进行结合，从而形成稳定的纳米结构。

壳聚糖纳米颗粒的特性分析采用多种技术手段，包括傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）。通过SEM成像，研究发现这些纳米颗粒呈现出主要为球形的形态，粒径范围在85至130纳米之间。这种纳米尺度的结构使得壳聚糖能够更好地与微生物接触，从而增强其抗菌能力。XRD分析显示，在2θ = 20°和25°处有显著的衍射峰，表明壳聚糖纳米颗粒具有较高的结晶性，这有助于其在生物医学领域的应用。而FTIR光谱中1632 cm?1处的吸收带对应于N–H弯曲振动，进一步验证了壳聚糖与TPP之间的相互作用，从而形成了稳定的纳米结构。

在抗菌性能的评估中，研究采用了琼脂扩散法，结果显示壳聚糖纳米颗粒对大肠杆菌（Escherichia coli）和变形链球菌（Streptococcus mutans）表现出显著的抑制效果。对于大肠杆菌，抑制区域达到24 ± 2.25毫米，而对变形链球菌则为19 ± 1.53毫米。这表明壳聚糖纳米颗粒对不同类型的细菌具有不同的抗菌能力。进一步的最小抑菌浓度（MIC）测定显示，大肠杆菌对壳聚糖纳米颗粒的敏感性较高，MIC值为1.0毫克/毫升，而变形链球菌的MIC值为1.5毫克/毫升。这一结果提示壳聚糖纳米颗粒在对抗某些细菌方面具有更强的活性，可能在医疗领域具有更广泛的应用前景。

壳聚糖因其独特的抗菌性能而受到广泛关注。它能够有效抑制多种病原菌的生长，包括霍乱弧菌（Vibrio cholerae）、金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）和大肠杆菌等。这种天然多糖不仅对人体安全，而且具有良好的生物相容性和可降解性，使其成为生物医学材料的理想选择。然而，壳聚糖的溶解性较差，限制了其在药物制剂中的应用。因此，研究人员通过化学修饰，如引入硫酸基、磷酸基和羧基等官能团，开发出一系列壳聚糖衍生物，以增强其在不同环境下的性能表现。这些修饰不仅保留了壳聚糖的基本结构，还赋予其更强的抗氧化、抗菌和抗凝血特性，使其适用于更广泛的领域，如食品包装、药物输送和农业生物防治。

壳聚糖纳米颗粒的制备方法多种多样，包括离子凝胶法、乳化交联法、喷雾干燥法和纳米沉淀法。其中，离子凝胶法因其操作简便、成本较低以及对环境友好的特点而被广泛采用。该方法利用壳聚糖中带正电的氨基（NH?）与TPP中的负电基团之间的静电相互作用，形成稳定的纳米结构。TPP作为一种非毒性的多阴离子，常用于食品工业，其安全性为壳聚糖纳米颗粒的应用提供了保障。此外，离子交联系统能够有效维持纳米颗粒的结构稳定性，使其在实际应用中不易发生聚集或降解。

近年来，抗菌药物耐药性问题日益严重，成为全球医疗领域面临的重大挑战之一。许多常见的微生物感染正在对现有的抗菌药物产生抗性，使得传统治疗方法的效果大打折扣。在此背景下，寻找新的抗菌材料显得尤为重要。壳聚糖纳米颗粒因其天然来源、良好的生物相容性以及显著的抗菌性能，被认为是一种具有潜力的替代方案。特别是在口腔健康领域，壳聚糖纳米颗粒对口腔病原菌的抑制作用使其成为一种理想的抗菌材料，可用于牙膏、漱口水等日常护理产品中，以预防牙菌斑和口腔感染。

本研究的创新之处在于，首次利用墨鱼骨作为可持续的海洋资源来提取壳聚糖，并进一步制备成纳米颗粒。这种方法不仅能够有效利用海洋生物的副产品，还能减少废弃物的产生，符合绿色化学和循环经济的理念。通过优化提取和合成过程，研究团队成功提高了壳聚糖纳米颗粒的生物活性，使其在口腔健康应用中展现出良好的前景。此外，研究还采用了离子凝胶法，这种方法不仅成本低廉，而且具有较高的生物相容性，为未来开发针对口腔微生物感染的药物输送系统提供了新的思路。

壳聚糖纳米颗粒的生物活性与其纳米结构密切相关。由于其粒径较小，能够增加与生物系统的接触面积，从而提高抗菌效率。此外，纳米颗粒的表面特性也对其抗菌性能产生重要影响。例如，壳聚糖纳米颗粒可以通过静电相互作用吸附细菌表面，破坏其细胞膜结构，进而抑制细菌的生长。这种机制不仅适用于革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌，还对真菌和霉菌具有一定的抑制作用。因此，壳聚糖纳米颗粒在抗菌领域的应用潜力巨大，可以作为广谱抗菌剂用于医疗、食品和农业等多个行业。

在实际应用中，壳聚糖纳米颗粒不仅能够作为抗菌剂，还可以用于药物输送系统。其纳米结构能够提高药物的溶解度和稳定性，延长药物在体内的释放时间，从而增强治疗效果。此外，壳聚糖纳米颗粒的生物可降解性使其在药物输送后能够被人体自然代谢，减少对环境的污染。这种特性使得壳聚糖纳米颗粒在生物医学领域的应用更加安全和环保。同时，其良好的生物相容性也使其适用于伤口愈合和组织工程等生物医学技术。

壳聚糖纳米颗粒在农业中的应用同样值得关注。作为一种天然的生物材料，壳聚糖能够有效抑制植物病原菌的生长，减少农药的使用，从而降低对环境和人体健康的潜在危害。此外，壳聚糖纳米颗粒还可以作为饲料添加剂，用于改善动物健康状况，提高饲料利用率。这些应用不仅有助于提高农业生产效率，还能促进可持续农业的发展。

在水处理方面，壳聚糖纳米颗粒也展现出良好的前景。由于其具有较强的吸附能力和抗菌性能，可以用于去除水中的重金属离子和有害微生物，提高水质安全。这种天然材料的使用不仅能够减少化学试剂的用量，还能降低水处理过程中的能耗，符合环保和可持续发展的要求。

综上所述，壳聚糖纳米颗粒作为一种新型的抗菌材料，具有广泛的应用潜力。从墨鱼骨中提取壳聚糖并制备成纳米颗粒，不仅能够充分利用海洋资源，还能为抗菌材料的开发提供新的思路。通过进一步优化其制备工艺和性能表现，壳聚糖纳米颗粒有望在医疗、食品、农业和水处理等多个领域发挥重要作用，为人类健康和环境保护做出积极贡献。