等离子体NOx水与酚类化合物协同抑制细菌生物膜群体感应的羟基氧化机制研究

针对生物膜耐药性难题，研究人员创新性地将非热等离子体技术生成的NOx水与植物酚类化合物(PC)联用，通过NOx(NO2-/NO3-)介导的羟基氧化途径，显著抑制大肠杆菌和金黄色葡萄球菌生物膜的群体感应(QS)系统，使AI-2和AIP-2信号分子抑制率提升至79.23%和72.59%，为抗生物膜感染提供绿色新策略。

　　

在微生物耐药性日益严峻的今天，细菌生物膜形成的"保护伞"——自分泌胞外基质(SECM)成为临床治疗的顽固堡垒。医院获得性感染中65%与生物膜相关，尤其是大肠杆菌(E. coli)和金黄色葡萄球菌(S. aureus)形成的生物膜，不仅引发肺炎、骨髓炎等严重疾病，其群体感应(Quorum Sensing, QS)系统更如同细菌的"加密通讯网络"，通过自动诱导肽(AIPs)和AI-2等信号分子协调耐药基因表达。传统抗生素在SECM屏障前屡屡受挫，而植物次生代谢产物与非热等离子体技术的联用，正为这一困局带来破晓曙光。

韩国国立研究基金会(NRF)支持的研究团队另辟蹊径，选取传统药用植物竹叶椒(Zanthoxylum armatum)中的酚类化合物(PC)——包括没食子酸、槲皮素等7种活性成分，与非热等离子体生成的NO_x水形成"天然-物理"协同武器。通过X射线衍射(XRD)和紫外光谱证实PC的晶体结构特征后，研究采用介质阻挡放电(DBD)等离子体系统制备富含NO₂^-/NO₃^-的活性水溶液，结合PC构建羟基自由基(·OH)氧化体系。实验设计涵盖QS信号分子检测、胞外多糖(EPS)定量、抗氧化酶(超氧化物歧化酶SOD和过氧化氢酶CAT)活性测定及活性氧(ROS)荧光探针分析等模块。

材料与方法
研究通过DBD等离子体反应器生成含8.16 mM ROS和89.53 μM RNS的NO_x水，与3g/L竹叶椒提取物(含7种PC)配伍。采用结晶紫染色法评估生物膜抑制率，酶联免疫法检测AI-2/AIP-2浓度变化，并借助荧光显微镜观察细菌形态学改变。

XRD表征
竹叶椒粉末的X射线衍射图谱显示16.68°(006)和21.84°(008)特征峰，与有机晶体结构数据库(OCSD-01-074-2330)匹配，证实提取物中PC的结晶特性。

结论
协同处理使E. coli和S. aureus生物膜抑制率分别达79.23%和72.59%，较单一处理提升1.8倍。机制研究表明：NO_x物种通过PC介导的电子转移产生·OH，破坏QS信号分子AI-2/AIP-2的稳定性；同时下调EPS合成基因表达，使SECM厚度减少62.4%。SOD和CAT活性检测揭示氧化应激是主要作用通路，而OsO₄染色电镜直接观察到细菌细胞壁塌陷现象。

这项发表于《Food Bioscience》的研究开创性地将物理等离子体技术与植物化学相结合，阐明NO_x-PC复合体系通过"氧化-信号干扰"双途径破坏生物膜的新机制。其意义不仅在于79.23%的抑制效率突破，更在于提供规避抗生素耐药性的绿色解决方案——以植物源抗氧化剂调控等离子体氧化强度，实现杀菌效力与生物相容性的精准平衡，为医疗器械消毒和慢性感染治疗提供新范式。