二氧化硅纳米材料可以抗菌了阳离子阴离子

硅基材料通常被用作抗菌的传递系统。在少数情况下，杀菌阳离子表面活性剂模板的二氧化硅复合材料被报道为抗菌剂。然而，由于对含量和结构的控制有限，它们的抗菌效果是有限的。在此，报告了一种设计具有内在抗菌性能的纳米结构，二氧化硅复合材料"双活性模板"策略。该策略使用阳离子和阴离子作为双重模板，两者都具有活性抗菌性能。阳离子-阴离子双活性模板策略进一步促进了具有尖锐表面的抗菌纳米复合材料的形成。随着双重活性抗菌剂的可控释放，尖头纳米复合材料对表皮葡萄球菌显示出更强的抗微生物和抗生物膜特性。这些新型抗菌纳米复合材料可用于各种抗菌应用.

图1.以BAC和NaSal模板的尖状纳米复合材料I的合成、增强抗菌和抗生物膜活性示意图

为了证明"双重活性模板"方法制备的纳米复合材料I的优势，使用平板计数法评估了其对表皮菌的抗菌活性。细菌在酸性LB培养基中培养24小时，使用纳米复合材料II、纳米复合材料I、BAC/NaSal，BAC和NaSal作为对照组。与未处理组相比，纳米复合材料I、BAC/NaSal、纳米复合材料II、BAC或NaSal都显示出剂量依赖性的抗菌活性，而对于煅烧I没有观察到明显的抗菌活性，这表明来自二氧化硅的抗菌功能是最小的。与BAC或NaSal处理组相比，BAC/NaSal处理组生长的细菌菌落较少，这表明BAC和NaSal组合的抗菌效率提高。与纳米复合材料II或药物对照组相比，纳米复合材料I组在所有剂量下观察到的菌落最少，这表明尖状地形和BAC/NaSal组合的优势。与BAC和NaSal处理组的细菌存活率（分别为7.39%和32.27%）相比，BAC/NaSal处理组的存活率较低（1.25%），这意味着双重抗菌剂在杀灭细菌方面具有协同作用。类似的协同效应也可以从纳米复合材料II处理组（7.59%）比纳米复合材料I（1.07%）处理的细菌存活率高得到证明。纳米复合材料I、II和煅烧过的纳米复合材料I都表现出约90%的细胞存活率，这表明硅基纳米制剂具有良好的生物相容性。

图2.纳米复合材料体外抗菌性能评价

SEM来观察经或未经纳米复合材料处理的细菌的形态变化。与未处理组光滑完整的膜相比，在纳米复合材料I处理组观察到明显的细菌细胞膜损伤，纳米复合材料沉入细菌，在细菌表面形成一些凹痕（红色箭头），而在BAC/NaSal或纳米复合材料II处理的细菌中观察到有限的膜损伤。这些结果共同表明，由"双重活性物质"模板化的粗糙纳米复合材料I显示出最有效的杀菌能力，这可能是由于通过尖锐的表面加强粘附和促进双重抗菌剂（BAC和NaSal）的释放而导致细菌膜破坏。

图3.纳米复合材料体外抗生物膜形成性能评价

通过检查其在抑制细菌表面粘附和生物膜形成方面的效率，进一步评估了纳米复合材料I相对于纳米复合材料II和BAC/NaSal组的生物膜抑制性能的优势。将纳米复合材料或BAC/NaSal添加到浮游细菌中，浓度为4微克BACmL-1。CV染色用于观察用或不用纳米复合材料处理的剩余生物膜，其中带正电的染料与带负电的细胞壁相互作用，导致CV的紫色。未处理的对照组或纳米复合材料II保持深紫色，表明有更多的生物膜生物量，BAC/NaSal或纳米复合材料I处理组的颜色明显较浅，表明其在生物膜抑制方面的能力。与未处理组相比，纳米复合材料I的抑制效果明显优于纳米复合材料II（85%）和BAC/NaSal（63%）（生物膜形成减少到33%）。为了更好地分析生物膜的厚度，进行了三维共聚焦显微镜检查，并对活/死细菌进行染色和分析。未经处理的生物膜的厚度估计为25微米。用纳米复合材料I培养24小时后，观察到更薄的生物膜（小于10μm），死细胞数量明显增加（90%）。作为比较，在BAC/NaSal（约15微米）或纳米复合材料II（22微米的生物膜）处理组上形成更厚的生物膜。上述结果表明，"双效模板化"纳米复合材料I在抑制生物膜形成方面显示出良好的协同作用。