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在伤口治疗中，如何实现药物的有效递送并对抗耐药菌感染是一大难题。研究人员开展了细菌纤维素（BC）基水凝胶薄膜用于环丙沙星（ciprofloxacin）控释的研究。结果显示该水凝胶抗菌效果显著且生物相容性良好，为治疗生物膜相关感染提供了新策略。
在生物材料和药物递送领域，传统的治疗方式在应对复杂的伤口感染时面临诸多挑战。随着抗生素耐药性问题日益严重，如何精准、高效地递送抗菌药物，同时降低对人体的副作用，成为亟待解决的难题。伤口感染往往由多种细菌引起，尤其是耐药菌形成的生物膜，它们像一层坚固的 “堡垒”，阻碍药物的渗透，使得常规治疗效果大打折扣。而且，现有的药物递送系统难以实现药物的持续、稳定释放，无法满足伤口愈合过程中对药物浓度的动态需求。在此背景下，开展新型药物递送系统的研究迫在眉睫。
来自未知研究机构的研究人员针对上述问题，致力于开发一种新型的生物启发的细菌纤维素（BC）基水凝胶薄膜，用于环丙沙星的控制释放。他们期望通过这种创新的材料，实现更有效的抗生素递送，提高治疗生物膜相关感染的效果。研究成果发表在《Carbohydrate Polymer Technologies and Applications》上，为该领域带来了新的突破和希望。
研究人员在这项研究中运用了多种关键技术方法。通过扫描电子显微镜（SEM）观察水凝胶的微观结构，以此分析其形态特征；利用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）来确定水凝胶中各成分的化学结构及相互作用；进行溶胀研究，测定水凝胶的溶胀比，探究其吸水性能；采用拉伸、压缩和剪切测试，评估水凝胶的机械性能；运用紫外 - 可见光谱（UV - Vis）技术研究环丙沙星的负载效率和释放曲线；借助多种微生物检测方法，如圆盘扩散法、时间 - 杀菌试验和抗生物膜试验，评估水凝胶的抗菌效果；通过细胞毒性试验，使用 MTT 法、LDH 细胞毒性测定法和荧光显微镜观察，评估水凝胶对人体细胞的毒性和生物相容性。
下面具体介绍研究结果：
- 水凝胶的合成与表征：通过在聚（乙烯醇）（PVA）和 / 或羟乙基纤维素（HEC）存在下，对 N - 乙烯基吡咯烷酮进行光聚合，并加入 BC 粉末，制备出半互穿聚合物网络（sIPN）水凝胶薄膜。SEM 分析表明，不同配方的水凝胶具有不同的孔隙结构，这与 PVA、HEC 和 BC 的类型、浓度及组合有关。FT - IR 分析确认了水凝胶中各成分的成功整合及相互作用，证明了水凝胶网络的形成。
- 机械性能测试：拉伸测试发现，PVA 使水凝胶的抗拉伸能力更强，添加 BC 会改变水凝胶的机械性能，不同配方的水凝胶在拉伸韧性等方面表现各异。压缩测试显示，HEC 基水凝胶在压缩时具有更高的极限应力值，添加 BC 对不同配方水凝胶的压缩韧性影响不同。剪切测试表明，所有水凝胶都表现出固态流变行为，BC 含量的增加会影响水凝胶的刚度和能量耗散能力。
- 溶胀研究：研究发现，PVA 和 HEC 的结构差异导致其基水凝胶的溶胀性能不同，添加 BC 对水凝胶溶胀比和凝胶分数有影响。不同配方水凝胶的溶胀比和凝胶分数变化趋势存在差异，且与水凝胶的网络结构、氢键作用等因素相关。
- 抗生素负载 / 释放测定：环丙沙星在不同配方水凝胶中的负载效率不同，受水凝胶网络复杂性、交联度和溶胀能力等因素影响。药物释放遵循 Korsmeyer - Peppas 释放动力学，属于非菲克（Fickian）异常传输模式，BC 的添加可调节药物释放速率。
- 微生物检测：圆盘扩散法显示，水凝胶对所有测试微生物都有很强的抗菌活性，对铜绿假单胞菌（P. aeruginosa）的抗菌效果尤为显著。时间 - 杀菌试验表明，水凝胶在不同接触时间对不同细菌的杀菌效果不同，对铜绿假单胞菌和大肠杆菌（E. coli）的杀菌效果较好，对金黄色葡萄球菌（S. aureus）的杀菌效果相对较弱，但仍有明显作用。抗生物膜试验发现，水凝胶对金黄色葡萄球菌生物膜有一定影响，对铜绿假单胞菌生物膜的作用更明显，部分样品能显著降低生物膜密度。细胞毒性试验证明，水凝胶对人体皮肤细胞具有良好的生物相容性，对细胞活力和形态影响较小。
研究结论和讨论部分指出，本研究成功开发了一种创新的生物启发的 sIPN 水凝胶薄膜，用于环丙沙星的控制释放。BC 的加入增强了水凝胶的机械和结构完整性，同时调节了药物释放动力学。这种水凝胶具有可再生性，为先进的药物递送系统提供了一种有前景的可持续解决方案。研究结果证实了 BC 在提高水凝胶性能和抗菌活性方面的重要作用，其中含 0.5% BC 的配方在调节环丙沙星负载和释放方面表现出色。然而，未来的研究还需进一步开展体内研究，以验证这些水凝胶在临床环境中的疗效，同时还应探索环丙沙星与微生物生物膜群落的分子和微观相互作用，以及对多物种生物膜的抗生物膜活性。此外，将其他治疗剂纳入 BC 基 sIPN 水凝胶中，有望拓宽其应用范围，为各种医学领域的创新治疗开辟道路。总之，这项研究为生物材料和药物递送系统的发展提供了重要的理论和实践基础，具有广阔的应用前景。
