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为解决细菌耐药及生物膜引发的感染难题，研究人员开展了以壳聚糖（CS）、海藻酸钠（SA）和羧甲基纤维素（CMC）薄膜负载吲哚菁绿（ICG）作为抗菌膜给药系统的研究。结果显示该薄膜能有效抑制金黄色葡萄球菌生物膜形成，有望用于医疗设备抗菌涂层。
在医疗领域，细菌感染一直是个令人头疼的大问题。每年，细菌感染导致数百万人死亡，是全球主要的致死原因之一。传统上，抗生素是对抗细菌感染的主力军，但随着抗生素的过度使用和滥用，细菌的耐药性问题日益严重。更糟糕的是，病原体还喜欢形成生物膜，这就像是给它们穿上了一层坚固的铠甲。生物膜是由微生物细胞包裹在胞外聚合物（EPS）中形成的复杂群落，EPS 就像一层粘性且致密的聚合物基质，能保护病原体免受宿主免疫系统的攻击和抗生素的渗透，使得感染更加难以治疗。据统计，超过 80% 的微生物感染都与病原体生物膜有关，特别是在医疗植入物上，生物膜引发的持续感染可能导致植入失败，甚至危及生命。因此，开发超越传统抗生素的创新治疗策略迫在眉睫。
近年来，光动力抗菌化疗（PACT）成为了治疗微生物感染的一种有前景的替代方法。PACT 利用光敏剂，在合适波长的光源激活下产生活性氧（ROS），通过氧化损伤杀死病原体细胞。吲哚菁绿（ICG）作为一种近红外荧光造影剂，已被美国食品药品监督管理局（FDA）批准用于多种肝脏和心血管疾病的临床诊断、转移检测以及荧光引导手术，是 PACT 中一种不错的光敏剂选择。在近红外光（780 - 800nm）照射下，ICG 能吸收能量产生 ROS，用于光动力治疗，穿透深层组织。而且，ICG 形成的 J 型聚集体（ICG - J）比单体或 H 型聚集体更稳定，在生物系统中循环时间更长，治疗效果更好。
然而，PACT 也存在一些明显的缺点。比如，光在组织中的穿透能力弱，扩散长度和寿命短，这使得该方法只能用于表面或接近表面的病变或感染。而且，PACT 只有在光照时才有效，一旦光照停止，存活的细菌细胞可能会重新生长，引发慢性感染。此外，ICG 聚集体在复杂的生物环境中容易迅速解离，在水基环境中向靶位点的递送效果也很差，同时确定治疗的最佳变量（如光照、照射时间、介质等）既困难又耗时耗钱。这些问题限制了 PACT 的广泛应用，目前关于 ICG 未照射时的抗生物膜活性研究也较少。
为了克服这些问题，来自国外的研究人员开展了一项研究，他们将 ICG 以不同浓度负载到之前开发的壳聚糖（CS）、海藻酸钠（SA）和羧甲基纤维素（CMC）复合薄膜中，构建了一种稳定、可生物降解且生物相容性好的 ICG - J 聚集体递送系统，以提高 ICG 的治疗效果。该研究成果发表在《Carbohydrate Polymer Technologies and Applications》上。
研究人员在研究中主要用到了以下关键技术方法：首先是薄膜制备技术，通过溶解多糖、混合分散液并浇铸干燥，制备出负载 ICG 的复合薄膜；然后利用多种表征技术，如光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、衰减全反射 - 傅里叶变换红外光谱（ATR - FTIR）、X 射线衍射（XRD）等，对薄膜的形貌、结构和成分进行分析；还采用可见 - 近红外光谱技术研究 ICG 的释放动力学；通过生物膜形成实验评估薄膜的抗生物膜活性；最后运用统计分析方法对实验数据进行处理。
ICG 负载薄膜的形貌和成分
研究发现，负载 ICG 后，薄膜保持了结构完整性，厚度与未负载的参考薄膜相当。随着 ICG 浓度增加，薄膜颜色更鲜艳，OM 图像显示 ICG 在薄膜表面分布均匀。SEM 图像表明所有薄膜表面均匀、质地紧密，高浓度 ICG 虽会引起微小表面不规则，但不影响整体结构。
ICG 从多糖薄膜中的释放
在 37°C 的 PBS 溶液中，不同浓度 ICG 负载的薄膜都能释放 ICG，释放的 ICG 存在 H 型二聚体聚集体、单体和 J 型二聚体聚集体三种形式。低浓度 ICG（100μM）负载的薄膜释放的 ICG 主要为单体形式，而高浓度（200μM 和 500μM）负载的薄膜释放的 ICG 二聚化更明显，其中 200μM ICG 负载的薄膜能更快、更可控地释放 ICG - J 聚集体。
负载 ICG 的多糖薄膜的物理化学特性
- 多糖基质与 ICG 染料的相互作用：ATR - FTIR 光谱分析显示，ICG 与多糖基质之间存在非共价相互作用，包括氢键和静电相互作用。ICG 的存在使多糖基质中 - OH 和 - COO?基团的振动发生变化，表明它们之间发生了相互作用。
- 结晶结构和性质：XRD 分析表明，低浓度（100μM）和高浓度（500μM）的 ICG 能提高薄膜的结晶度，而 200μM ICG 负载的薄膜结晶度与原始薄膜相近。ICG 释放后，薄膜的结晶度会发生变化，200μM ICG 负载的薄膜在释放后结晶度升高。
- 长期稳定性：对储存一年的薄膜进行 ATR - FTIR 光谱分析和水相互作用性质研究，发现薄膜的化学结构未发生改变，老化使薄膜与水的相互作用发生变化，降低了溶胀度，增加了重量损失，表明老化使薄膜结构更稳定，适合至少一年内的应用。
负载 ICG 的多糖薄膜的宏观性质
- 溶胀度和在 PBS 溶液中的溶解性：研究薄膜的溶胀度、溶解性和水分含量发现，ICG 负载的薄膜比原始薄膜溶胀更快，高浓度 ICG（200μM 和 500μM）负载的薄膜在 PBS 溶液中更稳定。ICG 与多糖基质的相互作用增加了薄膜的抗性，降低了其溶解性和湿度吸收，表明 ICG 负载的薄膜适合用于制备临床设备。
ICG 从负载多糖薄膜中的释放机制
通过对 ICG 释放动力学的研究，发现 100μM ICG 负载的薄膜释放曲线分三个阶段，200μM ICG 负载的薄膜释放顺序可控，500μM ICG 负载的薄膜有初始爆发释放，随后逐渐可控释放。ICG 释放符合 Higuchi 模型，即扩散控制释放，ICG 浓度增加，释放常数 KH增大，H 型和 J 型聚集体的 KH值高于单体，表明聚合物基质可调节 ICG 聚集体的释放和类型，提高治疗效率。
抑制金黄色葡萄球菌在 ICG 负载多糖薄膜上的生物膜附着和增殖
研究评估了 ICG 负载薄膜对金黄色葡萄球菌 ATCC 25923 生物膜形成的抑制能力，发现原始多糖薄膜就能显著降低细菌附着，ICG 负载后抗生物膜潜力进一步提高，且随着 ICG 浓度增加，细菌附着百分比降低，这可能是由于 ICG 的净电荷和薄膜疏水性增加。
研究人员成功开发了一种生物相容性良好的薄膜，用于 ICG 的控释，该薄膜可作为创新的抗生物膜装置。ICG 浓度影响了薄膜中多糖与 ICG 的相互作用以及 ICG 的聚集状态和释放行为，200μM ICG 负载的薄膜能持续、可控地释放 ICG - J 聚集体，在光疗应用中具有优势。而且，ICG 负载薄膜对金黄色葡萄球菌有良好的抗生物膜活性。该研究为优化薄膜配方用于特定临床应用提供了理论基础，不过未来还需进一步研究 ICG 在细菌细胞和生物膜中的吸收、在靶位点的积累、与细胞成分的相互作用以及光照对薄膜疗效的影响等。
