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国际生物大分子杂志 82 (2016) 150–159
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国际生物大分子杂志
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具有抗菌和抗氧化特性的生物相容性和可生物降解的聚鞣酸水凝胶
Nurettin Sahiner a,b, , Selin Sagbas a , Mehtap Sahiner c , Coskun Silan d , Nahit Aktas e , Mustafa Turk f
a 恰纳卡莱·昂塞基兹·马尔特大学化学系科学与艺术学院,土耳其恰纳卡莱市特齐齐奥卢校区17100
b 恰纳卡莱·昂塞基兹·马尔特大学纳米科学技术研究与应用中心(NANORAC),土耳其恰纳卡莱市Terzioglu校园,17100
c Ege大学,工程系,皮革工程系,博尔诺瓦,35100伊兹密尔,土耳其
d 恰纳卡莱奥塞斯基兹·马尔特大学药理学系药房,土耳其恰纳卡莱市特齐奥卢校园,17100
e 尤祖库伊尔大学化学工程系,土耳其范65080
f基里卡莱大学工程系生物工程系,土耳其亚希罕,基尔卡莱71450
文章信息
文章历史:
2015年5月11日收到
以修订版收到2015年10月17日接受2015年10月19日
可在线获得2015年10月23日
关键字:
单宁酸抗菌/抗氧化剂水凝胶
可生物降解/生物相容的超多孔膜
摘要
通过将TA分子与环氧交联剂交联制备了一种新型的资源丰富的本体聚(鞣酸)(p(TA))水凝胶。, 三羟甲基丙烷三缩水甘油醚(TMPGDE),在90°C的高压釜中放置2 h. 所得的p(TA)水凝胶呈圆盘状,具有高度多孔的形态. 在伤口愈合的pH值为pH 5.4、7.4和9的37.5℃下,研究了p(TA)水凝胶的溶胀特性,该水凝胶显示出良好的溶胀和水分含量行为.特别是,发现p(TA)水凝胶对pH 9敏感,最大溶胀率为1669%. P(TA)水凝胶在pH值为9的条件下在9天内被完全降解. 以没食子酸当量和trolox当量的抗氧化能力分别评估和计算了总酚含量和降解的p(TA)水凝胶在pH 5.4、7.4和9时清除ABTS自由基的作用,发现它们非常有效。 此外,降解的p(TA)水凝胶对革兰氏阳性菌显示出强大的抗菌作用。金黄色葡萄球菌,枯草芽孢杆菌,革兰氏阴性铜绿假单胞菌菌株和白色念珠菌真菌菌株。 WST-1结果表明,大量p(TA)水凝胶在体外对L929成纤维细胞系没有细胞毒性。copy; 2015 Elsevier B.V. All rights reserved.
1. 介绍
单宁酸(TA)已经被研究了很多年,尤其是作为许多疾病的治疗方法,甚至在1925年被用于治疗烧伤[1-4]。 据报道,TA治疗具有许多优势,例如,降低死亡率和血浆损失[5],与受损的胶原蛋白凝结[6],并由于其有效的抗氧化剂和抗菌特性而在烧伤中提供了稳态作用[7-9]。 在一些报道中,含有未知分子的不纯的TA可能会产生副作用,以高剂量使用它们可能会引起肝脏中的积累并损害肝脏[10]。 Hupkens建议,纯TA可以吸收烧伤中的烧伤毒素,并防止大鼠器官损伤的发展。 损伤可能是由于败血症,多器官功能衰竭和当时缺乏知识引起的[5]。
TA对胶原蛋白的亲和力已经在皮革工业中使用了几个世纪。 TA可以通过氢键使蛋白质特别是胶原纤维交联[10-12]。 烧伤皮肤的变性蛋白质也会发生同样的过程。 烧伤创面中的TA可导致残留真皮上的凝结和阻塞。 TA对胶原蛋白的收敛性增加了柔韧性和焦的形成[5]。 因此,在烧伤伤口上使用TA后获得了皮革状结构。
水凝胶具有网状结构,可以吸收大量水并将其保留更长的时间,也可以设计用于合适的溶剂[13]。 近年来,与诸如纱布,棉或羊毛基材料等常用敷料相比,水凝胶已成为领先的材料[14]。 它们表现出独特的特性,例如高吸水能力,高水分含量[15],柔软灵活的结构[16],透明度[17]和量身定制的特性[18]。 天然高分子水凝胶尤其是最有利的
N. Sahiner et al. / International Journal of Biological Macromolecules 82 (2016) 150–159 |
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伤口敷料的生物降解性,生物相容性[19],有效的伤口愈合,细胞粘附的仿生结构,细胞生长增殖[20],水和气体的渗透性[21,22]以及保留大量物质的能力水[23]和水分[24]。壳聚糖,藻酸盐[25],胶原蛋白[26],明胶[20],透明质酸[27],纤维素[28]和软骨素[29]基水凝胶是用于伤口敷料的常见天然聚合物。然而,尚没有关于用作伤口愈合/敷料的全多酚水凝胶的研究。由于其优异的性能,已有一些关于合成包含TA分子的天然水凝胶的研究[30,31]。 TA是一种天然的多酚,具有吸引人的生物学特性和功能,具有高度的抗诱变,抗菌作用[7],抗病毒,抗癌作用[32],抗炎和抗氧化作用[33]。在这项研究中,我们首次使用TMPGDE交联剂合成了具有超孔结构的p(TA)本体水凝胶。通过光学显微镜,FT-IR光谱和TGA分析对p(TA)水凝胶进行了形态和理化表征。由于机械性能是作为伤口敷料应用中最重要的性能,因此通过可调力传感器(AFT)测试了制备的p(TA)水凝胶的机械强度。随着伤口pH在愈合过程中在pH 5和9之间变化[34],还在伤口pH条件下研究了p(TA)水凝胶的特性,例如溶胀,水分含量和水解降解。 pH值5.4,pH值7.4和pH值9在37.5°C。抗氧化剂是防止/延缓食物或其他材料氧化和变质的物质。众所周知,TA具有这些特性,因此降解的p(通过计算总酚含量并使用ABTS 清除方法研究了伤口愈合pH值为5.4、7.4和9的TA)水凝胶。先前的研究报道,TA固有地对多种微生物具有抗菌作用[33]。由于伤口包扎材料覆盖了伤口并防止了继发感染,因此对降解的p(TA)水凝胶在不同pH条件下的抗菌活性(伤口愈合条件:5.4–9)针对革兰氏阴性大肠杆菌ATCC 8739,铜绿假单胞菌进行了测试。 ATCC 10145,革兰氏阳性金黄色葡萄球菌ATCC 6538,枯草芽孢杆菌ATCC 6633细菌菌株和白色念珠菌ATCC 10231酵母菌株。 有效的伤口敷料可以帮助修复和再生伤口中受损的组织或细胞[35]。 因此,使用WST-1测试研究了p(TA)水凝胶的生物相容性,并使用制备的超多孔p(TA)水凝胶确定了L929成纤维细胞和H1299癌细胞系的细胞存活率,以用于潜在的伤口敷料应用。
2. 实验性
2.1. 用料
按原样使用单宁酸(TA,Aldrich)作为低聚物,三羟甲基丙烷三缩水甘油醚(TMPGDE Aldrich工业级)作为交联剂。 Folin–Ciocalteau的酚试剂(FC,Sigma-Aldrich),2,2-叠氮基双-(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)(ABTS,Aldrich)和没食子酸(GA,97.5–102.5%,Aldrich )用于抗氧化剂研究。 营养琼脂(Merck),马铃薯葡萄糖琼脂(Merck)和营养肉汤(Merck)被用作微生物生长培养基。 大肠杆菌ATCC 8739,枯草芽孢杆菌ATCC 6633,
金黄色葡萄球菌ATCC 6538,白色念珠菌ATCC 10231和铜绿假单胞菌ATCC 10145菌株获自恰纳卡莱·昂塞奇兹·马尔特大学的医学院微生物学系。 所有水溶液均使用超纯蒸馏水18.2 M cm(Millipore-Direct Q UV3)新鲜制备。 L929成纤维细胞系获自足组织和细胞培养库
和口腔疾病研究所(土耳其安卡拉)。 H1299癌细胞系获自Uludag大学(土耳其布尔萨)的医学院生物化学系。 细胞培养瓶和其他塑料材料购自美国康宁。 生长培养基,不含l-谷氨酰胺的Dulbecco改良培养基(DMEM),不含胎牛血清(FCS)和胰蛋白酶-EDTA,购自Biological Industries(USA)。 2-(4-碘苯基)-3-(4-硝基苯基)-5-(2,4-二磺基苯基)-2H-四唑鎓钠盐(WST-1)购自Roche(德国)。 Hoechst 33342和碘化丙啶(PI)购自Serva(以色列)。 磷酸盐缓冲溶液(PBS)购自Sigma-Aldrich(USA)。
2.2. 对(TA)本体水凝胶的合成
使用TMPGDE交联剂通过环氧反应合成了P(TA)本体水凝胶。 简而言之,将10 g TA在50℃下溶于10 mL 1 M NaOH溶液中。分别将两种比例的交联剂(182和208 mol%的TA)放入一半的TA溶液中并涡旋以获得均匀 解。 立即将这些混合物放入13 cm反应管中,并置于90°C的高压釜中。2 h后,将合成的p(TA)本体水凝胶切成约10 mm的厚度,并用去离子水洗涤12 h,然后 在烤箱中于50℃干燥。
2.3. p(TA)本体水凝胶的表征
冷冻干燥后,使用光学显微镜(Olympus,BX53)对p(TA)块状水凝胶的表面形态进行成像。 使用热重分析仪(SII TG / DTA 6300)研究了p(TA)本体水凝胶的热稳定性。 将约5 mg的p(TA)放在一个陶瓷盘中,在50-1000℃的温度范围内,以10℃/分钟的加热速率,在干燥条件下,以每分钟10℃的升温速率测定重量损失与温度的关系。 N2为100 mL min-1。 使用FT-IR光谱仪(Perkin Elmer光谱仪100)在4000–650 cm-1的光谱范围内以4 cm-1的分辨率对TA和p(TA)水凝胶上的官能团进行表征, ATR技术。
2.4. 溶胀和保湿性能
p(TA)水凝胶的溶胀和水分含量是在不同的pH缓冲溶液pH 5.4、7.4和9中于37.5℃的摇动水浴中进行的。 将一定重量的水凝胶置于40 mL缓冲溶液中; 分别在相应的pH值下柠檬酸盐,PBS和硼酸盐缓冲液。 从溶胀溶液中取出肿胀的凝胶(Ms),并在不同的时间间隔用滤纸过滤。 使用以下公式确定溶胀百分比S%和水分含量M%:
= |
Md |
times; |
||||||||
S% |
Ms minus; Md |
100 |
(1) |
|||||||
= |
Ms |
times; |
||||||||
M% |
Ms minus; Md |
100 |
(2) |
|||||||
其中Md是在时间0的干凝胶的质量,Ms是在时间t的溶胀的凝胶的质量。
2.5. 保水性能
根据先前报道的方法评估水凝胶的保水性能[28]。 将干燥的水凝胶置于37.5℃的pH 7.4缓冲溶液中,在摇动的水浴中放置48小时。 从溶胀溶液中取出最大溶胀的凝胶,放在滤纸上,吸干 剩余内容已隐藏,支付完成后下载完整资料
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