近期，暨南大学化学与材料学院的李立华团队根据伤口修复的要求，开发了一种具有良好生物相容性的多功能水凝胶敷料。该研究以我国盛产的海藻多糖——海藻酸钠 (SA) 为原料，制备了巯基化海藻酸钠 (SA-SH) 和一氧化氮 (NO) 供体S-亚硝基海藻酸钠 (SA-SNO)，然后以不同比例复合SA-SH与SA-SNO制备了原位成型水凝胶。结果表明，该研究制备的水凝胶具有良好组织黏附性、原位注射成型、NO释放周期长和显著抑制细菌生长等作用，有望作为抗菌促修复敷料。

（文章发表于《南方水产科学》2022年第2期“水产品高质化生物加工新技术与产品开发”专刊）。

一氧化氮 (NO) 是在生物体内履行各种重要功能的气体分子[1-3]，被认为是抗癌[4]和抗菌治疗[5-6]的潜在治疗剂。海藻酸是一种由α-L-古罗糖醛酸 (G) 和β-D-甘露糖醛酸 (M) 2 种结构单元通过1,4-糖苷键连接而成的褐藻多糖，被广泛用于食品、抗菌及医用生物材料[7-8]。然而，单纯的海藻酸钠 (SA) 基水凝胶较为柔软、没有黏附性，且难溶、在生物体内不易分解、缺乏足够的生物活性。因此该研究通过将SA改性制得了SA-SH/SA-SNO复合水凝胶，该水凝胶制备示意图见图1。

图1 疏基化海藻酸钠/S-亚硝基海藻酸钠复合水凝胶形成的示意图

首先，研究人员将巯基引入海藻酸钠分子中将其改性，获得了水溶性好、性质活泼的巯基化海藻酸钠（SA-SH）；随后在SA-SH中引入S-亚硝基基团，制备了可持续释放一氧化氮的NO供体S-亚硝基海藻酸钠（SA-SNO）；最后将SA-SH与SA-SNO以不同比例混合，制得了一系列SA-SH/SA-SNO复合水凝胶。具体的合成线路图见图2。

（a）

（b）

图2 SA-SH (a) 和SA-SNO (b) 的合成路线图

经UV-Vis、FT-IR和XPS光谱分析，结果很好地证明了SA-SH和SA-SNO的成功合成。并对两者的巯基含量进行了测定，结果表明SA-SH中游离巯基质量摩尔浓度为 (348.06±4.25) μmol·g−1，SA-SNO中游离巯基质量摩尔浓度为 (158.96±0.56) μmol·g−1。此外，通过Griess测定法确定了NO的实时释放曲线，结果见图3。

图3 SA-SH与SA-SNO的UV-Vis (a)、FT-IR (b)、XPS (c) 光谱图和复合水凝胶120 h内NO实时释放曲线 (d)

为了验证该水凝胶是否具有*灭或抑制细菌的能力，利用抑菌圈实验分别研究了复合水凝胶对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑制效果。通过抑菌圈大小可以看出，随着SA-SNO浓度的增加，抑菌圈直径逐渐增大，表明抑菌效果不断增强。此外，还通过不同处理时间的SEM图进一步观察到水凝胶的*菌过程，结果见图4。

图4 水凝胶的抑菌圈测试和细菌与水凝胶分别共培养1、6、12、24 h后细菌的SEM图

该研究以生物相容性良好的海藻多糖为基体，制备了可原位成型的改性海藻酸钠水凝胶敷料以适应无规则创面。同时，该水凝胶敷料可持续释放NO，具有显著*菌效果，故有望作为抗菌促修复敷料，在伤口感染治疗和组织修复方面具有较好的应用前景。

通信作者

李立华教授，暨南大学博士生导师，材料系主任。广州市首届“珠江科技新星”，广东省第八批“千百十”省级培养人才，中国复合材料学会青年理事。主要从事生物可降解材料、骨组织修复材料、生物3D打印技术和生物矿化研究等。在国内外知名期刊发表学术论文50余篇。

参考文献 ：

[1] YANG Y, QI P K, YANG Z L, et al. Nitric oxide based strategies for applications of biomedical devices[J]. Biosurf Biotribol, 2015, 1(3): 177-201.

[2] SEABRA A B, JUSTO G Z, HADDAD P S. State of the art, challenges and perspectives in the design of nitric oxide-releasing polymeric nanomaterials for biomedical applications[J]. Biotechnol Adv, 2015, 33(6): 1370-1379.

[3] KUMAR S, SINGH R K, BHARDWAJ T R. Therapeutic role of nitric oxide as emerging molecule[J]. Biomed Pharmacother, 2017, 85: 182-201.

[4] CAI T B, WANG P G. Recent developments in anticancer nitric oxide donors[J]. Expert Opin Ther Patents, 2004, 14(6): 849-857.

[5] GHAFFARI A, MILLER C C, MCMULLIN B, et al. Potential application of gaseous nitric oxide as a topical antimicrobial agent[J]. Nitric Oxide-Biol Chem, 2006, 14(1): 21-29.

[6] HIBBARD H A J, REYNOLDS M M. Synthesis of novel nitrore-ductase enzyme-activated nitric oxide prodrugs to site-specifically kill bacteria[J]. Bioorganic Chem, 2019, 93: 103318.

[7] FOROUZANDEHDEL S, FOROUZANDEHDEL S, RAMI M R. Synthesis of a novel magnetic starch-alginic acid-based biomaterial for drug delivery[J]. Carbohydr Res, 2020, 487: 107889.

[8] SHI X, FANG Q, DING M, et al. Microspheres of carboxymethyl chitosan, sodium alginate and collagen for a novel hemostatic in vitro study[J]. J Biomater Appl, 2016, 30(7): 1092-1102.

引用本文：
阳星, 刘桥, 余达威, 等. S-亚硝基海藻酸钠抗菌水凝胶的制备与表征[J]. 南方水产科学, 2022, 18(2): 74-82. DOI:10.12131/20210325.

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撰文 | 阳星

编辑 | 闫帅