Page 13 - 《精细化工》2023年第3期
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第 3 期                         唐亚丽，等:  酶型生物改性抗菌材料的研究进展                                    ·469·


            抗菌性能使越来越多的研究模仿这种抗菌系统开发                             抗菌材料。酶也可直接作为抗菌剂加入到复合膜的
            出新型抗菌材料，应用于食品、环境、健康行业以                             成膜过程中，也可以通过吸附、涂覆的方法与载体
                           [7]
            及个人保健产品 。                                          材料结合。一些抗菌酶如 Lys，可以直接涂膜于食
                                                               品物料的表面，这种涂膜在有效保护食品的同时又
            2   酶型释放杀菌材料                                       不会影响物料的食用效果。

                                                               2.1.1   固定化抗菌酶的壳聚糖抗菌材料
                 酶型抗菌材料是指以抗菌酶为抗菌剂的抗菌材
                                                                   壳聚糖（CS）是一种天然高分子化合物，具有
            料。目前，研究人员主要研究的抗菌材料表面的作
                                                               良好的抗菌活性、生物相容性、生物降解性、无毒
            用机理可分为三类：（1）杀菌表面，用于杀灭附着
                                                               害性等优良的生物学特性            [43] 。壳聚糖具有 3 种类型
            在生物材料表面的细菌，如图 4A 所示；（2）释放
                                                               的活性官能团，即氨基、伯羟基和仲羟基（分别为
            杀菌表面，用于减少细菌与材料表面的黏附，如图
                                                               C-6 和 C-3 位），这些活性官能团能通过化学修饰进
            4B 所示，并通过外力释放抗菌剂杀灭附着在表面上
            的细菌    [41] ；（3）抗菌附着表面，用于防止细菌的初                    行接枝共聚反应，包括碳二亚胺偶联法、酶催化接
            始黏附，如图 4c 所示。酶型抗菌材料主要是建立释                          枝法、自由基介导法和电化学法               [44] 。这些化学修饰
            放细菌表面和接触杀菌表面起到抑菌的作用。酶型                             法通常是共价固定化酶的常用方法，抗菌酶与壳聚
            释放杀菌材料主要是酶通过吸附、包埋等固定化酶                             糖释放杀菌材料主要采用吸附、包埋、自组装等物
            的方式与载体材料结合。以下根据抗菌材料表面的                             理固定化酶方法。ZHANG 等            [45] 采用离子凝胶法将
            抗菌原理对酶型抗菌材料进行介绍。                                   纤维素纳米晶添加到负载 Lys 的 β-壳聚糖纳米粒
                                                               中，通过持续释放 Lys，增强和扩展了负载 Lys 的 β-
                                                               壳聚糖纳米粒子的抗菌性能，可用作延长货架期的
                                                               包装材料。YU 等       [46] 采用释放杀菌的方式，将 Lys
                                                               外涂在含有银的壳聚糖/银/羟基磷灰石薄膜表面，制
                                                               备了具有层次化纳米结构的抗菌涂层，对大肠杆菌
                                                               和金黄色葡 萄球菌的抑 菌率分别 为 95.42% 和
                                                               97.46%。WU 等   [47] 制备了含有溶菌酶的壳聚糖/海藻
                                                               酸钠水凝胶，释放溶菌酶的相对活性 为
                                                               87.72%±3.96%，并且对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的
                                                               清除率均为 100%。壳聚糖本身带有正电荷的氨基与
                                                               带有负电荷的微生物细胞表面结合导致微生物死
                                                               亡。但是，壳聚糖的成膜性较差，不宜单独使用。

                                                               层状硅酸盐与壳聚糖复合能提高其成膜性，并且层
            C 图中，a—溶菌酶与嵌段共聚物形成刷子，聚氧化乙烯附着在                                                     [48]
            表面；b—溶菌酶通过吸附的方式固定到载体表面；c—溶菌酶                       状硅酸盐具有良好的吸附性。LI 等                在壳聚糖溶液
            和嵌段共聚物都附着在表面                                       中加入 Lys 和累托石，然后用流延法制备薄膜，得
            图 4   接触杀菌抗菌材料表面（A）、释放杀菌抗菌材料表                      到了具有较强抗菌性能的复合材料，对大肠杆菌和
                  面（B）  [41] 及抗菌附着表面（C）    [42] 作用机理示意图        金黄色葡萄球菌的抑制率分别为 45.12%和 92.67%。
            Fig. 4    Antibacterial mechanism of contact-based bactericidal
                   biomaterial surfaces (A), release-based bactericidal   除此之外，壳聚糖也可以形成凝胶来达到固定
                   biomaterial surfaces (B) [41] , and anti-adhesion based   化酶的目的。YANG 等 [49] 采用溶胶-凝胶法在常温下
                   antibacterial biomaterial surfaces (C) [42]
                                                               将壳聚糖与四甲氧基硅烷偶联，制备了壳聚糖-二氧
            2.1   抗菌酶与高分子复合物释放杀菌                               化硅多孔凝胶，将 GOX 固定到多孔凝胶中，在
                 酶型抗菌材料的载体选择会决定固定化抗菌酶                          25 ℃、pH=5.6 时与游离酶活性相同。壳聚糖纳米粒
            的性能，如活力、选择性、稳定性，也会决定其应                             子也是壳聚糖的衍生物，保持壳聚糖良好特性的同
            用范围。载体的物理性质包括载体的空间特性，如                             时具有更小的粒径，更大的比表面积，能附着更多
            载体表面、形状、大小以及内部孔状结构（大小、                             的酶，在固定化酶方面具有广泛的应用。TAN 等                     [50]
            分布、弯曲状态）都会影响固定化酶的性能。将抗                             将纤维二糖脱氢酶和脱氧核糖核酸酶Ⅰ共同固定在
            菌酶与各种高分子材料复合，得到酶型抗菌复合材                             带正电荷的壳聚糖纳米粒子上，形成了一种靶向生
            料。酶与天然有机高分子化合物（如淀粉、纤维素、                            物膜基质和微生物的双功能纳米粒子，该纳米粒子
            蛋白质、天然橡胶等）复合得到可降解、无毒害的                             对金黄色葡萄球菌、白色念珠菌和两种混合菌种生
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