冻干海藻酸钠海绵负载亚马逊油（Carapa guianensis Aubl.）和Mn(II)-菲咯啉络合物的设计、理化性质表征及抗菌活性用于潜在局部应用

《Chemistry & Biodiversity》：Design, Physicochemical Characterization, and Antibacterial Activity of Freeze-Dried Sodium Alginate Sponges Loaded With Amazonian Oil (Carapa guianensis Aubl.) and a Mn(II)-Phenanthroline Complex for Potential Use in Topical Applications

　　

本研究报道了含有亚马逊andiroba油（Carapa guianensis Aubl.）和[Mn(phen)₂Cl₂]的冻干海藻酸钠海绵的开发，旨在获得具有抗菌活性、用于潜在局部伤口应用的多孔生物材料。X射线衍射（X-ray diffraction, XRD）揭示所有海绵（分别含有1%、3%和5%（质量比）络合物的AA1、AA3和AA5）均呈现主要为无定形结构。扫描电子显微镜（scanning electron microscopy, SEM）显示，未负载的海藻酸钠海绵表现出最高的表观表面孔隙率（67.200%），而负载海绵显示出较低的表面孔隙面积分数（AA1为24.470%，AA3为36.342%，AA5为33.028%）和更不规则的层状形态。傅里叶变换红外光谱（Fourier-transform infrared spectroscopy, FT-IR）确认了海藻酸钠和andiroba油的特征官能团，包括羟基、羰基和羧酸盐相关谱带。热分析显示在310-355 K范围内发生初始脱水事件，随后在498-534 K之间发生分解。通过纸片扩散法对金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、粪肠球菌（Enterococcus faecalis）、大肠杆菌（Escherichia coli）和铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）评估的抗菌活性随Mn(II)络合物负载量的增加而增加。AA3和AA5配方显示出最高的抑菌圈，分别对大肠杆菌达到19.50和24.03 mm/mg，对铜绿假单胞菌达到12.38和16.11 mm/mg，对粪肠球菌达到12.62和15.14 mm/mg，对金黄色葡萄球菌达到11.97和12.43 mm/mg。这些发现表明，所开发的海绵是有前景的抗菌海藻酸钠基生物材料。

**论文解读文章**

**研究背景与问题**
在局部伤口和皮肤病变的管理中，过度渗出、微生物污染和长期炎症是主要挑战。传统敷料往往功能单一，难以同时满足抗菌、抗炎和吸收渗出液的需求。多孔生物材料，尤其是冻干聚合物海绵，因其低密度、高孔隙率和可承载生物活性化合物的三维（3D）基质特性，成为多功能敷料平台的研究热点。海藻酸钠（sodium alginate）作为一种天然多糖，具有生物相容性、生物降解性、亲水性和冻干后形成高孔隙率海绵结构的能力，已在生物医学领域广泛探索。亚马逊andiroba油（Carapa guianensis Aubl.）富含柠檬苦素类化合物、萜烯和不饱和脂肪酸，具有抗炎、镇痛和愈合特性；而Mn(II)-菲咯啉络合物[Mn(phen)₂Cl₂]则表现出对多种细菌的抗菌活性。然而，将两者协同负载于海藻酸钠海绵中，以兼顾抗菌与抗炎功能的研究尚属空白。为此，研究人员开发了含有andiroba油和[Mn(phen)₂Cl₂]络合物的冻干海藻酸钠海绵，旨在获得兼具抗菌活性和多孔结构的新型生物材料，用于局部伤口应用。该研究发表于《Chemistry》。

**主要关键技术方法**
研究人员采用X射线衍射（X-ray diffraction, XRD）分析海绵的晶体结构；扫描电子显微镜（scanning electron microscopy, SEM）观察表面形态及孔隙率；傅里叶变换红外光谱（Fourier-transform infrared spectroscopy, FT-IR）鉴定官能团；热重分析（thermogravimetric analysis, TG）与差热分析（differential thermal analysis, DTA）及差示扫描量热法（differential scanning calorimetry, DSC）评估热稳定性；纸片扩散法（disk diffusion）测试抗菌活性，所用菌株购自美国模式培养物保藏中心（American Type Culture Collection, ATCC），包括金黄色葡萄球菌（S. aureus ATCC 6538）、粪肠球菌（E. faecalis ATCC 29212）、大肠杆菌（E. coli ATCC 25922）和铜绿假单胞菌（P. aeruginosa ATCC 27853）。

**研究结果**
**3.1 XRD和SEM研究**
XRD分析显示，所有海绵（AL、AA、AA1、AA3、AA5）在2θ=5–50°范围内均呈现宽而低强度的弥散峰，表明以无定形结构为主。添加andiroba油和不同浓度的络合物未引起海藻酸钠基质的显著结构重排。SEM图像表明，未负载海绵（AL）具有最高的表观表面孔隙率（67.2%），而负载海绵（AA1、AA3、AA5）的孔隙面积分数分别降至24.5%、36.3%和33.0%，并呈现更不规则的层状形态。这表明油和络合物的加入改变了海绵的表面结构，使其更致密、不均匀。

**3.2 FT-IR光谱研究**
FT-IR图谱显示，所有海绵在3300–3500 cm^?1处存在羟基（OH）伸缩振动峰，在2922 cm^?1和2854 cm^?1处出现CH₃和CH₂伸缩振动峰，以及1592 cm^?1和1031 cm^?1处的C=C和C-O特征峰。加入andiroba油后，在1741 cm^?1和1712 cm^?1处出现羰基（C=O）伸缩振动峰，且CH₃和CH₂峰强度增加，证实了油的成功掺入。

**3.3 热分析**
TG/DTA曲线显示，所有海绵均在310–355 K范围内发生初始脱水事件（吸热峰），随后在498–534 K之间发生聚合物和有机组分的分解（放热峰）。质量损失随络合物浓度增加而增大，AA5质量损失达49.6%，部分归因于Mn(II)离子的残留。DSC分析表明，脱水焓（ΔH）在43.60–46.88 kJ/mol之间，接近水的汽化焓（约41 kJ/mol）。负载油和络合物的海绵ΔH略高，提示油与基质间的相互作用增强。

**3.4 抗菌活性**
纸片扩散法结果显示，不含络合物的海绵（AL和AA）对四种菌株均无抑菌圈。含1%络合物的AA1仅对金黄色葡萄球菌产生微弱抑制（3.67 mm/mg）。AA3和AA5则对所有菌株表现出显著抑制，且抑菌圈直径随络合物浓度增加而增大。具体而言，AA3和AA5对大肠杆菌的抑菌圈分别为19.50和24.03 mm/mg，对铜绿假单胞菌为12.38和16.11 mm/mg，对粪肠球菌为12.62和15.14 mm/mg，对金黄色葡萄球菌为11.97和12.43 mm/mg。所有含络合物的海绵抑菌效果均优于阳性对照庆大霉素（10.67 mm/mg）。研究表明，抗菌活性主要来源于Mn(II)络合物，而andiroba油虽自身抗菌活性较弱，但其抗炎特性可能协同增强整体生物效能。

**结论**
研究人员成功开发了含有andiroba油和[Mn(phen)₂Cl₂]络合物的冻干海藻酸钠海绵，作为用于局部应用的多孔生物材料。XRD分析表明所有海绵均呈现主要为无定形结构。SEM显示，添加andiroba油和络合物改变了海藻酸钠基质的表面结构，将未负载海绵（AL）的表观表面孔隙面积分数从67.2%降低至AA1、AA3和AA5的24.5%、36.3%和33.0%，并促进了更不规则的层状形态。FT-IR光谱确认了海藻酸钠和andiroba油的特征官能团，尤其是羟基、羰基和羧酸盐相关谱带，支持了油在聚合物敷料中的存在。热分析显示初始脱水事件后伴随有机聚合物基质分解，且不同海绵因组分差异而表现出不同的热行为。抗菌评估表明，含有较高[Mn(phen)₂Cl₂]负载量的海绵，特别是AA3和AA5，对测试菌株表现出最显著的抑制活性。AA3和AA5对金黄色葡萄球菌的抑菌圈分别达到11.97±1.0和12.43±3.0 mm/mg，对铜绿假单胞菌为12.38±2.2和16.11±2.3 mm/mg，对粪肠球菌为12.62±2.4和15.14±1.0 mm/mg，对大肠杆菌为19.50±1.2和24.03±1.5 mm/mg。这些结果表明增加络合物负载量提高了海绵的抗菌响应。结合研究人员先前关于游离[Mn(phen)₂Cl₂]络合物和andiroba油负载海藻酸钠海绵的研究结果，当前数据支持该生物材料将抗菌性能与andiroba油作为多功能组分的生物学相关性相结合。总体而言，所开发的海绵代表了有前景的海藻酸钠基生物材料，可用于局部伤口相关应用；关于机械性能（如弹性、强度和质构）的研究以及生物相容性评估正在进行中。