基于金纳米颗粒与γ-环糊精聚合物增强的纤维素-樟脑噻唑亚胺席夫碱复合材料的抗菌与抗生物膜性能研究

本研究针对传统抗菌材料稳定性差的问题，通过将2,3-二醛纤维素(DAC)与樟脑噻唑亚胺(CTI)构建席夫碱，并引入金纳米颗粒(Au NPs)和γ-环糊精(γ-CD)，开发出具有长效抗菌活性的纳米复合材料。该材料对金黄色葡萄球菌(S. aureus)和大肠杆菌(E. coli)的抑菌圈分别达19.0 mm和20.0 mm，最低抑菌浓度(MIC)低至1.25 μg/mL，同时显著抑制生物膜形成(抑制率最高达84.55%)，为生物医学应用提供了新策略。

　　

在抗生素耐药性日益严峻的背景下，开发新型抗菌材料成为全球研究热点。纤维素作为自然界最丰富的天然聚合物，虽具有生物相容性和可修饰性，但其难溶性限制了应用。通过高碘酸盐氧化获得的2,3-二醛纤维素(DAC)因醛基活性高，可作为功能化平台，但单独使用存在稳定性不足的问题。

为解决这一挑战，埃及南河谷大学与中国科学院深圳先进技术研究院的研究团队创新性地将DAC与樟脑噻唑亚胺(CTI)通过席夫碱反应结合，并引入柠檬提取物绿色合成的金纳米颗粒(Au NPs)，最终通过γ-环糊精(γ-CD)包埋提升稳定性。该研究发表于《BMC Microbiology》，成果显示复合材料对多重耐药菌的抑制效果显著，且具备抗紫外线与γ射线辐照的能力。

关键技术包括：(1)高碘酸盐氧化法制备DAC(氧化度61%)；(2)柠檬汁还原HAuCl₄合成Au NPs(粒径40 nm)；(3)席夫碱缩合反应构建DAC-CTI聚合物；(4)γ-CD宿主-客体包合技术；(5)采用琼脂扩散法、生物膜结晶紫染色法评估抗菌性能；(6)通过UV-Vis和蛋白泄漏实验验证作用机制。

研究结果
材料表征
透射电镜(TEM)显示Au NPs均匀分散于DAC-CTI基质中，平均粒径37.4 nm。X射线衍射(XRD)证实γ-CD包埋后结晶度从41.35%进一步降低，傅里叶变换红外光谱(FT-IR)在1648 cm^-1处出现亚胺键特征峰，验证了席夫碱形成。

抗菌性能
DAC-CTI/Au NPs/γ-CD对革兰氏阳性菌(S. aureus)和阴性菌(E. coli)的抑菌圈分别达19.0 mm和20.0 mm，MIC值低至2.5 μg/mL和1.25 μg/mL，优于对照抗生素阿莫西林(8.0 mm)。对白色念珠菌(C. albicans)的抑制效果(18.2 mm ZOI)尤为突出。

抗生物膜机制
CV染色显示该材料破坏微生物胞外聚合物(EPS)，对S. aureus和E. coli生物膜的抑制率分别达76.36%和84.55%。生长曲线实验证实其能持续抑制细菌增殖，UV照射后抗菌活性提升27%。

环境稳定性
经100 kGy γ射线辐照后，材料对E. coli的抑菌圈从20.0 mm增至27.0 mm，表明辐射产生的活性氧(ROS)可增强杀菌效果。蛋白泄漏实验显示处理组细菌胞内蛋白渗出量达194.65 μg/mL，证实其通过破坏膜完整性发挥作用。

结论与意义
该研究首次将DAC-CTI席夫碱与生物源性Au NPs、γ-CD结合，构建了具有三重抗菌机制（膜损伤、ROS攻击、生物膜抑制）的纳米系统。γ-CD的包埋使CTI的降解速率降低72%，解决了天然抗菌成分不稳定的行业难题。材料在辐照条件下的性能增强特性，为其在医疗器械灭菌领域的应用提供了可能。通过绿色化学方法合成的Au NPs与天然聚合物复合，也为开发环境友好型抗菌剂提供了新范式。