论文标题：Development of a Biodegradable, Cytocompatible, Antibacterial, and Biofilm-Controlling Chitosan Sulfobetaine Derivative Film as a Biological Material

期刊：Engineering

DOI：https://doi.org/10.1016/j.eng.2023.06.020

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在生物医学领域，开发兼具多种优良性能的可降解抗菌材料一直是研究的热点方向。武汉纺织大学任学宏教授团队的一项关于壳聚糖磺基甜菜碱（CS-SNCC）膜的研究成果在中国工程院院刊《Engineering》以“Development of a Biodegradable, Cytocompatible, Antibacterial, and Biofilm-Controlling Chitosan Sulfobetaine Derivative Film as a Biological Material”为题发表，安徽工程大学殷茂力为第一作者。该研究通过溶液浇铸法成功制备出一种具有生物降解性、细胞相容性、抗菌性及生物被膜控制功能的新型生物医用膜材料，为伤口敷料等领域的发展提供了新的思路。

皮肤伤口易引发细菌感染、炎症等问题，阻碍伤口修复，因此开发有效的生物医学材料至关重要。壳聚糖作为一种可生物降解的阳离子多糖，虽具有抗菌、成膜等特性，但抗菌活性有待提高。甜菜碱类化合物因同时含有阴阳离子基团，在抗黏附、抗菌等方面潜力显著。基于此，研究人员将目光投向壳聚糖与磺基甜菜碱的结合，旨在开发性能更优的膜材料。

研究人员以壳聚糖和一氯三嗪磺基甜菜碱为原料合成 CS-SNCC。首先通过两步反应合成三嗪类磺基甜菜碱（SNCC）：第一步是三聚氯氰与 N,N-二甲基乙醇胺的取代反应，第二步为 1,3-丙烷磺内酯与叔胺的开环反应，产率达 92.16%。随后，将 SNCC 接枝到壳聚糖氨基上来合成 CS-SNCC。

图1 （a）SNCC的合成及其用于壳聚糖的改性；（b）CS-SNCC膜的制备及抗菌过程示意图。

为确认 CS-SNCC 的结构，研究人员采用了多种表征手段。傅里叶变换红外光谱（FTIR）显示，CS-SNCC 出现了与 SO?基团、季铵基团及三嗪环相关的新峰；紫外-可见光谱（UV-Vis）中，CS-SNCC 在 228nm 处出现三嗪环特征吸收峰；能量色散 X 射线光谱（EDX）和 X 射线光电子能谱（XPS）证实了硫元素的存在及 SNCC 的成功接枝，且测得 CS-SNCC 中 SNCC 的取代度为 15.55%。此外，XRD 分析表明接枝改性降低了壳聚糖的结晶度，热重分析（TGA-DTG）显示 CS-SNCC 热稳定性略有下降，这与结晶度降低有关。

在性能测试方面，CS-SNCC 膜表现出良好的溶胀性，因引入亲水性磺酸根基团，其吸液速率和平衡溶胀度均优于壳聚糖膜。生物降解性测试显示，在溶菌酶 / PBS 溶液中放置 21 天后，CS-SNCC 膜重量下降 45.54%，高于壳聚糖膜，这得益于磺基甜菜碱基团破坏了壳聚糖的晶体结构，使溶菌酶更易发挥作用。

抗菌性能是该膜的一大亮点。对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的灭活率分别达到 93.43% 和 91.00%，显著优于壳聚糖膜。抗黏附和生物被膜控制测试表明，CS-SNCC 膜表面的细菌黏附量大幅减少，金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的黏附量分别降低约 86.89% 和 94.19%，且未形成生物被膜。细胞毒性测试显示，CS-SNCC 膜具有良好的细胞相容性，细胞存活率超过 90%，与对照组细胞形态和增殖状况无明显差异。

这项研究成功开发的 CS-SNCC 膜，综合了壳聚糖和磺基甜菜碱的优点，在生物医学领域具有广阔的应用潜力。其可生物降解性避免了传统材料可能带来的体内残留问题，良好的细胞相容性使其适用于与人体组织接触的场景，高效的抗菌和抗黏附性能能有效应对伤口感染和生物被膜形成的难题。未来，该膜材料有望在伤口敷料、医用涂层等领域得到广泛应用，为临床治疗提供更安全、有效的选择。

文章信息：

Development of a Biodegradable, Cytocompatible, Antibacterial, and Biofilm-Controlling Chitosan Sulfobetaine Derivative Film as a Biological Material

具有生物降解性的抗细菌黏附-抗菌壳聚糖磺基甜菜碱膜的制备与性能研究

作者：

殷茂力, 王英沣, 任学宏*, 黄东时

引用：

Maoli Yin, Yingfeng Wang, Xuehong Ren, Tung-Shi Huang. Development of a Biodegradable, Cytocompatible, Antibacterial, and Biofilm-Controlling Chitosan Sulfobetaine Derivative Film as a Biological Material. Engineering, 2024, 35(4): 95–103

开放获取论文：

https://doi.org/10.1016/j.eng.2023.06.020

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