一种具有抗菌和抗生物膜活性的生物相容性蜂胶花粉与ZnO纳米棒复合材料

《Scientific Reports》：A biocompatible propolis pollen and ZnO nanorod composite with antimicrobial and antibiofilm activity

本研究针对日益严重的微生物耐药性问题，开发了一种结合蜂胶、花粉和ZnO纳米棒(PrPoZnO)的创新复合材料。研究证实该材料对金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌的杀菌率达85%，对白色念珠菌生长抑制达90%，并能有效抑制生物膜形成和菌丝转化。该复合材料通过调控氧化应激实现双模式抗菌机制，且细胞实验显示良好生物相容性，为新型抗感染治疗提供了新策略。

　　

在微生物耐药性日益成为全球健康威胁的当下，寻找新型抗菌策略迫在眉睫。根据世界卫生组织的报告，抗菌素耐药性已位列全球十大健康威胁之一，每年有数百万人受到耐药菌感染的影响。传统抗生素由于结构相似性导致病原体快速产生耐药性，而真菌感染同样面临治疗困境——近30年仅出现四个主要抗真菌药物类别，且耐药菌株不断涌现。在这一背景下，天然产物与纳米技术的结合为对抗微生物感染提供了新思路。

蜂胶和花粉作为蜜蜂采集的天然物质，富含黄酮类化合物和酚酸等生物活性成分，已显示出广泛的抗菌特性。与此同时，氧化锌(ZnO)纳米材料被美国FDA认定为安全物质，其独特的抗菌机制和生物相容性使其在生物医学领域应用前景广阔。意大利罗马萨皮恩扎大学的研究团队创新性地将这两种天然产物与ZnO纳米棒结合，开发出具有多重抗菌功能的复合材料，相关研究成果发表在《Scientific Reports》上。

研究团队采用多种表征技术验证材料特性：通过ATR-FTIR(衰减全反射-傅里叶变换红外光谱)分析化学成分，SEM(扫描电子显微镜)观察微观结构，TGA(热重分析)评估热稳定性。抗菌效能通过菌落形成单位(CFU)计数和结晶紫染色法评价，活性氧(ROS)水平使用H₂DCF-DA和DHE荧光探针检测，生物相容性采用MTT法测定细胞活性。

化学表征确认复合材料结构

研究人员首先通过ATR-FTIR分析了蜂胶、花粉及其复合物的化学特征。蜂胶光谱在3350-3250 cm^-1处显示酚类化合物的O-H伸缩振动峰，而花粉在3600-3000 cm^-1处呈现碳水化合物的宽吸收带。热分析显示蜂胶在407.9°C出现主要分解峰，花粉则在300.0°C和409.6°C分别对应碳水化合物和孢粉素的分解。SEM图像清晰显示直径40-50纳米的ZnO纳米棒均匀分布在蜂胶-花粉基质中，形成了稳定的复合结构。

显著抑制病原微生物生长

抗菌实验表明，PrPoZnO混合物对革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)和革兰氏阴性菌铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)均具有强烈抑制作用。1:10稀释度处理1-2小时即可使细菌存活率降低85%。对白色念珠菌(Candida albicans)的抑制效果更为显著，1:10稀释处理24小时后真菌活力降低90%。特别值得注意的是，该混合物在4°C储存12个月后仍保持稳定的抗菌活性。

有效抑制生物膜形成

生物膜是微生物产生耐药性的重要因素。研究发现PrPoZnO能抑制金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌生物膜形成，抑制率分别达到50%和40%。对白色念珠菌生物膜的抑制率达到60%，且能完全阻断其从酵母型向菌丝型的转化——这一转变是真菌致病性的关键因素。立体显微镜观察显示，处理组的白色念珠菌完全丧失了形成菌丝的能力。

双模式抗菌机制揭秘

机制研究发现，PrPoZnO对细菌和真菌采取了不同的作用方式。在细菌中，混合物反而降低了活性氧(ROS)水平，表明蜂胶和花粉中的酚类化合物可能缓解了氧化应激，而ZnO纳米棒主要通过机械损伤破坏细胞结构。相反，在白色念珠菌中，PrPoZnO处理使ROS水平增加5倍，DHE染色显示超氧化物阳性细胞比例从4%升至20%，表明氧化损伤是其抗真菌作用的主要机制。

良好生物相容性验证应用潜力

MTT实验证实，PrPoZnO在有效抗菌浓度下对Saos-2成骨肉瘤细胞、HaCaT人角质形成细胞和FB789原代人纤维细胞均无毒性作用，甚至促进了某些细胞的增殖。这种良好的生物相容性为其生物医学应用提供了重要安全保障。

该研究成功开发了一种结合天然产物与纳米技术的新型抗菌材料。PrPoZnO不仅对多种病原微生物具有快速杀灭作用，还能有效抑制生物膜形成和真菌形态转换。其独特的双模式抗菌机制——对细菌以机械损伤为主，对真菌则诱导氧化应激——展现了多靶点作用的优势。加之良好的生物相容性和长期稳定性，该复合材料在伤口敷料、医疗器械涂层和口腔护理产品等领域具有广阔应用前景，为应对微生物耐药性挑战提供了创新解决方案。