基于乳酸链球菌素（nisin）与聚乙烯醇（PVA）纳米纤维涂层的抗菌擦拭布开发

《Progress in Organic Coatings》：Development of antibacterial wipes coated with nanofibers made from nisin and polyvinyl alcohol

　　

由主要定植于人体皮肤的病原体金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus，S. aureus）引起的院内感染是发病与死亡的重要原因。鉴于抗生素耐药性威胁上升，有效管控S. aureus至关重要。亟需抗菌肽（Antimicrobial Peptides，AMPs）等创新替代物，其对抗耐药菌株有效且对人体细胞毒性低于常规抗生素。纳米纤维基材料是递送此类肽的有前景工具。研究人员通过静电纺丝（electrospinning）开发了负载nisin的PVA涂层擦拭布，利用扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和热重分析（TGA）表征涂层，并测试透气性、吸水性与肽含量，评估其对S. aureus（含耐甲氧西林菌株MRSA）的抗菌活性。红外光谱在1652、1517和1326 cm?1处nisin特征峰及TGA结果证实纤维中含nisin；负载nisin纳米纤维涂层擦拭布对S. aureus菌株显著抑菌。结果表明所制纳米纤维涂层擦拭布具有有效对抗S. aureus的潜力。

研究背景方面，院内感染严重影响住院患者预后，欧洲每年约350万人罹患、超9万人死亡，其中约24%进展为脓毒症。S. aureus是最常见的院内感染病原之一，可在皮肤存活超2小时并经接触传播，而传统抗菌剂因细菌耐药演进效力下降，且常具毒性。抗菌肽（AMPs）通过静电作用破坏膜通透性、多机制杀菌、不易耐药；nisin作为阳离子细菌素由乳酸乳球菌（Lactococcus lactis）产生，结合脂质II（lipid II）形成跨膜孔而杀菌。纳米纤维具高比表面积、孔隙可调，PVA生物相容可电纺，将nisin封装于PVA纳米纤维可抗酶解、控释增效。已有研究将nisin-PVA纳米纤维用于食品与医学，但未见直接电纺涂层于非织造擦拭布。该研究发表于《Progress in Organic Coatings》，旨在评估电纺nisin-PVA纳米纤维涂层纤维素/聚酯擦拭布的可行性及抗菌表现。

关键技术方法上，研究人员以14% w/w PVA水溶液为基底，加入12.5%或25% w/w nisin，于22 kV、1.4 mL·h^?1、针-收集距7 cm、25±1 °C下直接电纺至纤维素/聚酯非织造擦拭布（Fisher Chemicals）表面；固化采用120 °C 2 h热处理或?20 °C 3 h冻融1.5 h室温解冻、循环3次两种工艺，构成N0–N5六组。表征涵盖SEM形貌与ImageJ直径统计、厚度/密度、浸水法孔隙率、透气仪（200 Pa）、ATR-FTIR（4000–400 cm^?1）、TGA（25–800 °C，N₂）、DSC（计算结晶度Xc）、ASTM D570吸水与失重、Pierce比色肽定量（480/490 nm）测PBS 37 °C下2–24 h释放；抗菌采用S. aureus ATCC 29213（URN DYNAMICURE）与法国里昂国家葡萄球菌参比中心MRSA菌株，通过平板扩散与2 h细菌黏附（5×10⁵ CFU·mL^?1）计数表面CFU·cm^?2及溶液中CFU·mL^?1。

研究结果各节结论如下。3.1 纤维形态：SEM显示无nisin组珠状缺陷多，加nisin后纤维均匀、珠减少，热处理较冻融更规整；nisin提升溶液黏度与电导率从而稳定射流。3.2 纤维直径分布：直径410±33至528±78 nm，nisin加载显著降低直径（N5达410±33 nm），两固化法趋势一致。3.3 涂层厚度与纤维密度：涂层厚0.029±0.019至0.048±0.005 mm，质量1.293±0.010至4.170±0.370 mg，密度0.125±0.029至0.290±0.025 g·cm^?3；nisin组略厚且密度更高。3.4 孔隙率：nisin浓度升高孔隙率下降，结构更密实。3.5 透气性：无nisin组382.10±15.36（冻融）与355.40±17.82 mm·s^?1（热处），nisin组降至43.20±10.58（N5），致密化限制气流。3.6 FT-IR分析：3550–3200 cm^?1 OH伸、3266 cm^?1 N–H伸、1652 cm^?1酰胺I、1517 cm^?1酰胺II、1326 cm^?1酰胺III证实nisin存于PVA基质。3.7 热性能：TGA三阶段失重（~100 °C水、~330 °C脱乙酸、~450 °C PVA骨架），nisin不损稳定性；DSC显示nisin升结晶度，冻融组最高，熔融峰微升因结晶增强。3.8 吸水与失重：浸水2–24 h吸水递增、失重随nisin溶出上升；热处理较冻融交联更强、湿稳更优但需兼顾nisin热敏。3.9 nisin释放：PBS 37 °C下24 h累积释放低载组245.79 μg·cm^?2、高载组297.86 μg·cm^?2，呈时间依赖与剂量依赖。3.10 抗菌结果：扩散法无nisin组无抑制圈，nisin组圈径随释放增大，热处理圈更匀；黏附法2 h后N5对S. aureus ATCC黏附抑制99.8%、溶液杀菌99.9%，对MRSA黏附抑制94.1%、溶液减菌96.2%，N2略次，冻融与热处理间nisin活性无显著差异。

讨论部分指出，电纺参数与nisin改性的溶液流变/电学性质共同决定纤维均一性与涂层密实度，FTIR与TGA交叉验证肽保留，DSC结晶度变化解释熔融行为，释放曲线与扩散抑菌圈、黏附计数相互支撑；热处理在湿稳与nisin保有间需权衡，冻融保全活性但交联弱。结论部分译文：该研究探究了通过直接电纺制造涂层擦拭布及其对抗院内病原的效能。研究人员将nisin载入PVA纳米纤维并收集于非织造擦拭布，经冻融或120 °C热处理固化。结果显示电纺成功制备nisin纤维涂层并牢固附着，热处理进一步提升耐久；纳米纤维涂层显著增强擦拭布对S. aureus与MRSA的抗菌性，证明该类擦拭布可作为常规消毒巾的低毒替代物，在预防院内感染传播中具有潜力。Aysin Dural Erem、Pascal Thébault、Louise Hespel、Stéphane Marais、Kateryna Fatyeyeva、Tadhg ó'Cróinín与Nan Zhang（都柏林大学学院机械与材料工程系）的工作表明，nisin-PVA电纺涂层非织造布兼具材料可控制备与临床可用抗菌双重属性。