抗菌性κ-卡拉胶基支架的制备与表征：载指甲花醌的协同抑菌效应与组织工程应用潜力

为解决抗生素耐药性细菌感染和组织修复材料的需求，研究人员开发了载指甲花醌(LAW)的κ-卡拉胶(K)/壳聚糖(C)/明胶(G)复合支架。通过冷冻干燥法制备的支架具有50-80%孔隙率和30-260μm孔径，35天降解率<30%。实验证明同步载药法(sL)制备的支架对金黄色葡萄球菌(S. aureus)和大肠杆菌(E. coli)抑菌效果显著，其中KCG1%支架对S. aureus的标准化抑菌圈宽度(nwhalo)达1.9。该研究为感染组织修复提供了新型多功能生物材料。

　　

随着抗生素滥用导致的耐药菌株激增，开发新型抗菌生物材料成为全球性挑战。传统聚合物支架往往缺乏主动抗菌功能，而单纯加载抗生素又可能加速耐药性发展。自然界中，指甲花提取物指甲花醌(LAW)因其独特的醌类结构展现出广谱抗菌活性，但其水溶性差限制了临床应用。与此同时，组织工程领域对兼具力学支撑、生物相容性和抗菌功能的支架需求迫切，亟需开发创新解决方案。

伊朗比尔詹德医科大学的研究团队在《Results in Chemistry》发表研究，巧妙地将海洋多糖κ-卡拉胶(K)、甲壳素衍生物壳聚糖(C)和胶原水解产物明胶(G)三者结合，通过冷冻干燥技术构建三维多孔支架，并系统比较了两种LAW载药方式的效果。研究发现同步载药法构建的支架能显著提升LAW的生物利用度，对革兰氏阳性菌和阴性菌均表现出优异抑制效果，同时支架的理化性质完全满足组织工程要求，为感染创面修复提供了"抗菌-修复"一体化解决方案。

研究采用四大关键技术：1）冷冻干燥法制备多孔支架，通过调节K浓度(1%/1.5%)控制孔径；2）戊二醛(GA)气相交联增强力学性能；3）同步/后载药(sL/pL)两种LAW负载策略；4）综合表征技术包括场发射扫描电镜(FESEM)分析形貌、傅里叶红外光谱(FTIR)验证化学结构、热重分析(TGA)评估稳定性、水接触角(WCA)测定亲水性，以及经典的抑菌圈实验评价抗菌效能。

3.1. 支架形态学观察
宏观显示所有支架呈海绵状结构，含G的支架湿态下更具弹性。扫描电镜揭示KCG组孔径(30-50μm)显著小于KC组(60-100μm)，且1.5%K浓度支架孔隙分布更均匀，证实G的加入能细化孔径分布。

3.3. 孔隙率与3.4. 吸水率
液体置换法测得KC1.5孔隙率最高(80%)，KCG1最低(50%)。所有支架吸水率达580-625%，KC1表现最优，说明多孔结构与亲水基团协同促进体液吸收。

3.5. 降解性能
35天降解实验显示，KC1.5降解最快(28.12%)，KCG1最慢(22.02%)。1.5%K组整体降解速率更快，表明K含量影响材料稳定性，所有支架降解曲线符合创面修复时间窗要求。

3.6. FTIR光谱分析
1240cm^-1处硫酸酯基特征峰消失，证实K与C/G的氨基形成离子键。所有支架在3400cm^-1附近显示强羟基峰，保留了多糖材料的亲水特性。

3.7. 热稳定性分析
TGA显示支架在200℃前仅失结合水，主要分解发生在200-400℃。KCG1.5耐热性最佳(完全分解460℃)，表明GA交联有效提升了热稳定性。

3.8. 表面亲水性
WCA测试显示1.5%K组亲水性更优，KCG1.5在3秒内接触角降为0°，得益于K的硫酸酯基和G的羧基共同作用。

3.9. 抗菌实验
同步载药组(sL)对S. aureus抑菌效果与阳性对照(环丙沙星)相当，其中KCG1%的nw_halo达1.9。后载药组(pL)效果显著降低，证实LAW在合成阶段加载能更好保持活性。对E. coli的抑制虽弱于阳性对照，但显著优于空白支架。

这项研究通过分子设计解决了天然抗菌剂LAW的应用瓶颈：K的硫酸酯基提供负电荷锚点，C的氨基正电荷增强细菌膜吸附，G的胶原类似结构促进细胞识别，三者协同构建了"捕获-杀灭-再生"的多功能支架。特别值得注意的是，同步载药法使LAW分子被均匀包裹在聚合物网络内，避免了后载药法因GA交联导致的药物嵌入困难。研究结果为开发不依赖抗生素的抗菌材料提供了新思路，其采用的天然组分全部源自可再生资源（海藻、虾壳、动物皮），兼具环保价值和临床转化潜力。

未来研究可进一步探索：1）LAW的控释动力学与支架降解的关联性；2）支架对真核细胞的相容性；3）在感染动物模型中的修复效能。这种KCG复合系统还可拓展装载其他疏水性药物，在肿瘤局部治疗、糖尿病足溃疡等领域具有广阔应用前景。