负载芦荟提取物的新型SPAG水凝胶：可有效对抗大肠杆菌与金黄色葡萄球菌（一）
利用超声辅助醇提法制得芦荟提取物。以直链淀粉和聚乙烯醇为主要原料，采用水-甘油双溶剂，经物理化学双交联合成负载芦荟提取物的淀粉基双网络抗菌水凝胶。红外光谱与扫描电镜结果表明，水凝胶成功制备，交联网络中孔洞分布均匀，可作为药物载体使用。抗菌及生物实验结果表明，其对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌抑菌宽度分别为0.74~1.01 cm和0.62~1.12 cm，溶血率在2%以下，细胞存活率在89%以上，具有一定的抗菌活性和生物相容性。
1 实验部分
1.1 试剂与仪器
直链淀粉(Amylose)：食品级，上海泰坦科技股份有限公司；新鲜库拉索芦荟：莆田市涵江区江夏芦荟开发有限公司；聚乙烯醇：工业级，无锡市亚太联合化工有限公司；甘油(Gly)、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)、十水合四硼酸钠(硼砂)、过硫酸铵(APS)：均为化学纯，上海泰坦科技股份有限公司；营养肉汤培养基(NB)、营养琼脂(NA)：广东环凯微生物科技有限公司；大肠杆菌(BGWW23210)、金黄色葡萄球菌(FS0041)：中国科学院微生物研究所；抗凝兔血、生化试剂：上海远慕生物科技有限公司。
热重分析仪：Pyris-1型，美国惠普公司；傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)：Nexus870型，美国 Nicolet公司；超高分辨扫描电子显微镜(SEM)：Regulus8230型，日本日立公司；微生物生长动态监测系统，丹麦Biosense公司；电子万能材料试验机：Instron5967型，英斯特朗公司。
1.2 实验过程
1.2.1 库拉索芦荟提取物的制备
剪取新鲜库拉索芦荟全叶，经无水乙醇、去离子水洗净后沥干水分剪成小块，冷冻干燥12 h后研磨成粉末。称取干燥芦荟粉末100 g，于500 mL 75%乙醇溶液中浸泡2 h并超声30 min，用索氏提取法提取，经真空抽滤后用旋转蒸发仪使提取物浓缩，产物经真空干燥得到芦荟提取物。
1.2.2 双网络抗菌水凝胶的制备
水凝胶制备流程及网络结构如Fig.1所示。将聚乙烯醇和去离子水(甘油)加入三颈烧瓶，在95℃水浴中加热搅拌形成均质溶液；同时将直链淀粉、去离子水加入烧杯，升温至85℃搅拌至完全糊化。然后将2种溶液快速混合，加入芦荟提取物、硼砂及MBA交联剂搅拌均匀，再加入APS引发剂，60℃搅拌均匀，超声0.5 h消泡。倒入模具，在4℃环境放置6 h，淀粉回生形成网络结构，转移至-20℃冷冻12 h，再于25℃解冻12 h，冷冻循环3次，最终得到SPAG双网络抗菌水凝胶。
当甘油含量为0时，水凝胶标记为S1P1A1G0；当芦荟提取物和甘油的含量均为0时，水凝胶标记为S1P1A0G0；当m(直链淀粉): m(PVA)=1:1, 1:2, 2:1时，水凝胶标记为S1P1A0G0, S1P2A1G0和S2P1A1G0，组成成分及其简称如Tab.1所示。
Fig.1 水凝胶制备流程及双网络结构示意图
| Sample | m(Amylose)/g | m(PVA)/g | m(Aloe)/g | m(Gly)/g | m(Borax)/g | m(APS)/g | m(MBA)/g |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| S1P1A0G0 | 2 | 2 | 0 | 0 | 0.01 | 0.06 | 0.016 |
| S1P1A1G0 | 2 | 2 | 1 | 0 | 0.01 | 0.06 | 0.016 |
| S1P1A2G0 | 2 | 2 | 2 | 0 | 0.01 | 0.06 | 0.016 |
| S1P1A1G1 | 2 | 2 | 1 | 5 | 0.01 | 0.06 | 0.016 |
| S1P1A1G2 | 2 | 2 | 1 | 10 | 0.01 | 0.06 | 0.016 |
1.3 测试与表征
1.3.1 FT-IR分析
对溴化钾压片法处理后的芦荟提取物、PVA粉末、直链淀粉及冷冻干燥后的水凝胶样品进行衰减全反射光谱扫描，通过 FT-IR对样品主要化学结构的组成特征进行分析。扫描波数范围为500~4000 cm-1，分辨率为2 cm-1。
1.3.2 SEM表征
将冷冻干燥的水凝胶在液氮中脆断得到断面样品，使用导电胶将样品固定在载物台上，镀金后采用超高分辨扫描电子显微镜(加速电压3 kV)观察样品形貌。
1.3.3 热重分析
在25~600℃温度范围内对样品进行热稳定性能测试。设定升温速率为10℃/min，氮气流速为60 mL/min，用失重速率测定水凝胶的耐热性。
1.3.4 溶胀率测试
在25℃，将冷冻干燥后的水凝胶样品浸没于PBS缓冲液中，在预定时间取出水凝胶样品，拭去表面多余的水分，称量并记录。重复实验过程，直到水凝胶达到恒定质量。根据式(1)计算溶胀率(SR)。
SR = (mt - m0) / m0 (1)
式中：m0为冷冻干燥后样品的质量，g；mt为t h后样品的质量，g。
1.3.5 保水率测试
将在PBS缓冲液中达到溶胀平衡的水凝胶进行称量，后转移至37℃的烘箱中，在预定时间取出称量。根据式(2)计算保水率(WR)。
WR = (mt - m0) / (mp - m0) (2)
式中：mt为t小时后样品的质量，g；mp为处于溶胀平衡时样品的质量，g；m0为冷冻干燥后样品的质量，g。
1.3.6 力学性能测试
将水凝胶样品制备成长度为50 mm，直径为4 mm，厚度为0.7 mm的哑铃型条状样品。通过电子万能材料试验机测试其拉伸性能，拉伸速度设定为50 mm/min。
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