[发明专利]一种基材表面抗菌涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在基材表面制备Nafion-溴代呋喃酮复合抗菌涂层的方法，属于生物膜控制技术领域。

背景技术

生物膜(biofilm)是由附着于惰性或者活性实体表面的微生物和包裹着微生物的水合性基质所组成的结构性微生物群落构成。生物膜内的细菌通过其自身分泌的胞外聚合物(EPS)将细胞结合在一起，形成复杂的微生物细胞群落。有害生物膜的形成会引起很多问题。在医学领域，大约80％的人体细菌感染是由生物膜引起。在环境领域，膜生物反应器表面生物膜形成会增大跨膜压，引起出水水质恶化，严重阻碍了膜技术的广泛应用。生物膜污染还存在于给排水管网系统中。有研究表明，95％的饮用水处理系统都受到细菌生物膜的污染，对饮用水安全带来了潜在风险。因此，有效抑制有害生物膜的形成是很多领域面临的严峻挑战之一。

以往对于生物膜的控制多采用杀菌剂来杀死细菌，如采用抗生素、银和氯等抗菌剂。虽然抗菌剂在一定程度上能够抑制生物膜的生长，但是同时也存在着很多问题。由于浮游细菌形成生物膜后表型发生改变，使得生物膜对传统抗菌剂的抗药性是浮游细菌的1000倍，所以使用传统的抗菌剂很难对生物膜内部的细菌起作用。长期过度使用抗生素还会导致细菌的抗药性增加，使耐药细菌蔓延。一些氧化型抗菌剂(如氯、臭氧等)会对膜系统造成损害，而且有可能形成消毒副产物。因此，有必要建立一种全新的生物膜控制方法。

群体感应(quorum sensing，QS)也称为自诱导，是指细菌调节自身菌体密度的一种环境感应系统，通过扩散性信号小分子(又称为自诱导剂，autoinducer，AI)与转录活化蛋白的相互作用表达与细胞群体密度有关的基因。这些信号分子从细菌细胞扩散到环境中，当达到一个临界浓度(或者说达到某一特定的群体密度)时就可诱导调节一系列目标基因的转录，包括酶的合成、生物膜的形成、抗生素的生物合成及生物表面活性剂的产生等等。因此，阻断细菌之间的信号交流有可能成为抑制生物膜形成的一种新方法。群体感应抑制剂(quorum sensing inhibitors，QSIs)是一种能够干扰细菌QS系统的物质。天然或人工合成的溴代呋喃酮(BFs)是目前研究最为广泛的一类QSI，它们可以与N-酰基-高丝氨酸内酯(AHL)竞争其胞内特异受体-LuxR家族蛋白，从而阻断细菌的QS系统。也有研究表明一些溴代呋喃酮可以干扰AI-2QS系统，从而抑制生物膜的形成。

控制基材表面生物污染的方法包括基材表面改性及负载抗菌/抑菌涂层。专利申请号200710016018.0通过化学键合的方式将纳米银颗粒固定在生产设备的表面，获得了长效、具有缓释特性的纳米抗菌涂层，实现了对啤酒设备内生物膜的控制。Chuang等(2008)将抗菌剂(硝酸银或溴棕三甲铵)负载到了聚丙烯酸和聚乙烯亚胺中形成聚合电解质涂层。Schmidt等(2010)将抗菌剂庆大霉素组装到了可降解的聚氨基酯、玻尿酸或聚丙烯酸形成的聚合电解质涂层中，随着聚合物的降解，庆大霉素被释放出来，有效地抑制了金黄色葡萄球菌生物膜的形成。Thierry等(2005)将抗菌剂紫杉醇成功地负载到玻尿酸和抗菌糖中形成聚合电解质涂层。但是，这些负载有杀菌剂的涂层缺点是随着细菌耐药性的增加，其抑菌抗菌功效会大大降低。为了解决这些问题，本专利提出了利用一种群体感应信号分子抑制剂，用Nafion聚合物将其负载制备抑菌/抗菌涂层，通过非杀菌方式抑制生物膜形成。Nafion是一种磺化四氟乙烯共聚物，由一个碳氟化合物骨架和其侧链上的磺酸基团构成。Nafion的水通道模型理论提出其结构内部排列着一系列亲水通道，每个通道大约2.5nm，可以运输小离子。在溶液中Nafion侧链上的磺酸基团会水解出H⁺从而使其表面带负电。由于大部分的细菌带负电的，所以Nafion与细菌之间存着静电斥力，可以阻碍细菌在其表面的附着。利用Nafion与溴代呋喃酮耦合制备抑菌/抗菌涂层的方法尚未见相关报道。

发明内容