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细菌感染对人体健康威胁很大,具有抗菌作用的材料越来越成为人们的研究的热点。最近一些研究表明,生物活性玻璃具有广谱抗菌作用,但一些实验对此仍存在较大异议。多数学者认为生物活性玻璃的抗菌机制是液体环境中的高pH值等,但确切机理尚未得到证实。此外,化学组成与生物活性玻璃相似的硅酸盐生物活性陶瓷是否具有类似的抑菌作用还没有见相关研究报道。本研究验证了硅酸盐生物活性玻璃和陶瓷的抗菌作用并进一步探讨了其抗菌机制及影响因素,其结果对基础研究和实际应用都具有重要的意义。
实验的致病菌选择了格兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌(Staphylococcus.Aureus,ATCC25923)和表皮葡萄球菌(Staphylococcus epidermidis,临床分离)、以及格兰氏阴性菌大肠杆菌(Escherichia.coli,ATCC25922),用平板计数法计算菌落数和抑菌率。研究发现45S5生物活性玻璃对格兰氏阳性和格兰氏阴性菌都具有较强抑制细菌生长的作用。在浓度大于50 mg/ml时,其抑菌能力与青霉素相当。在10 mg/ml以下时,对格兰氏阴性菌的抑菌能力强于格兰氏阳性菌。
同时发现,45S5生物活性玻璃溶液的pH值、抑菌率都随生物活性玻璃浓度增加而增加。在用HCl、NaOH和NaCl等试剂对45S5生物活性玻璃浸提液的pH值进行调整后,相同pH值的液体抑菌率相当。抑菌率与pH值的对应关系说明pH值是45S5生物活性玻璃抑菌的主要机制之一。此外,本研究还发现,45S5生物活性玻璃粉体具有较强的细菌吸附作用,其吸附率随浓度增加而上升。粉体的抑菌率显著高于其浸提液,说明细菌吸附可提高抑菌率。将大肠杆菌与45S5生物活性玻璃粉体作用后在透射电镜下观察发现45S5生物活性玻璃在溶液中产生的微小碎片有可能破坏细菌的细胞壁导致细菌死亡,说明45S5生物活性玻璃可能有破坏细胞壁而杀菌的机制。采用不同浓度和颗粒度的粉体与细菌作用发现,粉体的浓度越大,粒径越小,其浸提液pH值越高、抑菌率越高,这说明减小粒径可能是提高生物活性玻璃抑菌率的有效方法。
在对硅酸钙、硅酸三钙、镁黄长石、白硅钙石的抗菌作用的研究中发现,与硅酸盐生物活性玻璃类似,这几种硅酸盐生物陶瓷都具有抑菌性,4种生物活性陶瓷抑菌作用依次为:硅酸三钙>白硅钙石>硅酸钙>镁黄长石。其中硅酸三钙和白硅钙石的抑菌率高于45S5生物活性玻璃,而硅酸钙和镁黄长石则低于45S5生物活性玻璃。抑菌率也随粒径减少、浓度增加而升高。粉体中钙含量、浸提液的pH值与抑菌率变化相同,但粉体中镁含量与之变化不同,说明钙含量可能是决定硅酸盐陶瓷抑菌作用的主要影响因素。