银离子水凝胶涂层导尿管的体外抑菌效果

张娟，岳卫华

北京市医疗器械检验所（北京 101111）

银离子抑菌制品是一种非抑菌药物类杀菌剂，具有抗菌谱广、不易产生耐药性的特点，而且取材方便、操作简单、效果显著，在临床上应用较为广泛[1]。银离子的抑菌机理主要有以下两种理论：（1）接触反应机制，当银离子到达病原菌表面时，依靠库仑引力穿透细胞壁进入胞内，干扰电子传输系统，破坏细胞内酶的活性，从而凝固细胞蛋白质、破坏DNA 分子等，最终导致病原菌因细胞功能障碍而死亡[2]；（2）催化反应机制，银离子能起到催化活性中心的作用，通过激活水或空气中的氧，产生羟基自由基及活性氧离子，活性氧离子能在短时间内破坏微生物细胞的增殖能力，致使微生物死亡[3]。

目前，含银离子抑菌医疗器械产品已被广泛应用于临床口腔护理、皮肤护理、预防导管相关感染等方面[4-6]。导尿管相关尿路感染是指患者留置导尿管后或拔除导尿管48 h 内发生的泌尿系统感染，是医源性尿路感染最常见的原因，发生率占尿路感染的80%[7-8]。研究发现，临床上将活性银离子抗菌制品用于预防留置导尿管相关尿路感染已取得显著疗效[9]。田朝霞和赵娜[10]采用银离子亲水涂层的导尿管对观察组进行留置导尿，对照组则采用硅胶导尿管进行留置导尿，结果显示，观察组泌尿系统感染的发生率显著降低。刘夕珍等[11]发现，应用活性银离子抗菌凝胶外涂尿道口预防留置导尿管相关尿路感染是一种简单且行之有效的方法。

银离子水凝胶涂层导尿管是一种具有抗菌功能的改良导尿管，其设计原理是在普通导尿管基础上实施抑菌涂层处理，涂层的主要成分是具有高度活性的含银化合物，在人体内留置于尿道后可持续释放出具有抗菌活性的银离子，以期延缓致病菌生物膜的形成或加速其分解，旨在减少尿路感染的发生。据文献报道，临床尿路感染的病原菌种类主要为大肠埃希菌，此外，也存在由葡萄球菌、假单胞菌、念珠菌等病原菌导致的感染[12-13]。基于此，本研究选取金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌、大肠埃希菌和表皮葡萄球菌等临床常见感染菌株，依据《消毒技术规范》对银离子水凝胶涂层导尿管进行体外抑菌效果的评价，旨在为该类产品的研发提供技术支持，为临床使用提供数据支持，现报道如下。

1 仪器与材料

1.1 仪器

生物安全柜（上海力申科学仪器有限公司，型号HFsafe-1200）；生化培养箱（33 ℃，上海一恒科学仪器有限公司，型号LRH-250）；立式灭菌器（山东新华医疗器械股份有限公司，型号LMQ.C-80E）；涡旋振荡器（德国WIGGENS 公司，型号MS 3数显型）。

1.2 供试品

银离子水凝胶涂层导尿管（型号三腔气囊，规格22Fr 30 ml，由企业提供）。

1.3 培养基与试剂

胰酪大豆胨琼脂培养基（北京陆桥技术股份有限公司，规格250 g/瓶，培养基适用性检查结果符合2020年版《中国药典》的要求）；0.9%无菌氯化钠注射液（四川科伦药业股份有限公司，规格100 ml/瓶）。

1.4 试验菌株

金黄色葡萄球菌（ATCC6538）、铜绿假单胞菌（ATCC9027）、大肠埃希菌（ATCC8739）、表皮葡萄球菌（ATCC12228），均由中国工业微生物菌种保藏管理中心提供，工作菌株均为第3代。

2 方法

2.1 试验菌液制备

接种金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌、大肠埃希菌和表皮葡萄球菌至胰酪大豆胨琼脂培养基中，33 ℃培养24 h；分别用0.9%无菌氯化钠注射液将试验菌株菌落进行混悬，制得菌悬液；调整菌液浓度，使每1毫升菌液中含菌数约5×107～5×108cfu，作为试验菌液。各试验菌液浓度见表1。

表1 4种试验菌的菌液浓度

2.2 样品制备

将带涂层部分导尿管剪成段状，每段长约2 cm，作为试验样品。阴性对照样品选取同等材质同等尺寸不含抑菌成分的导尿管，制成与试验样品大小相同的小段。

样品制备好后，用无菌镊子将试验样品和阴性对照样品分别转移至无菌空平皿中，培养皿加盖放置于33 ℃恒温箱内平衡约15 min。

2.3 试验菌接种

在熔化并冷却至45 ℃左右的100 ml 胰酪大豆胨琼脂培养基中，接种“2.1”项下制备的1 ml 金黄色葡萄球菌菌液，充分混匀后倾倒平板；用无菌镊子取试验样品平行贴放于培养基上，并轻压样品使培养基刚好没过导尿管截面的中心；每块平板同时贴放1个试验样品和1个阴性对照样品，两个样品相距25 mm 以上，与平板边缘相距15 mm 以上；盖好平皿，室温待凝固。

铜绿假单胞菌、大肠埃希菌和表皮葡萄球菌同法操作。

每种试验菌平行试验3次。

2.4 培养与观察

将上述平板置33 ℃培养16～18 h，观察是否有抑菌环产生；选取均匀而完全无菌生长的抑菌环，以抑菌环外沿为界测量其直径并记录，抑菌环直径=抑菌环（包含导尿管）直径-导尿管外径。

3 结果

银离子水凝胶涂层导尿管对各试验菌的抑菌环图片见图1～4，抑菌环直径测量结果见表2及图5。结果表明，3次重复试验中，银离子水凝胶涂层导尿管对金黄色葡萄球菌和表皮葡萄球菌的抑菌环直径均可达到10 mm 以上，对大肠埃希菌的抑菌环直径可达到9 mm 以上，对铜绿假单胞菌的抑菌环直径可达到6 mm 以上，且阴性对照样品均无抑菌环产生。《消毒技术规范》对抑菌产品的抑菌效果评价规定：抑菌环直径＞2 mm，判为产品具有抑菌作用。由此可见，银离子水凝胶涂层导尿管对金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌、大肠埃希菌和表皮葡萄球菌均具有良好的抑菌作用。

图5 银离子水凝胶涂层导尿管抑菌环直径

表2 银离子水凝胶涂层导尿管抑菌环直径测量结果

图1 银离子水凝胶涂层导尿管对金黄色葡萄球菌的抑菌环

图2 银离子水凝胶涂层导尿管对铜绿假单胞菌的抑菌环

图3 银离子水凝胶涂层导尿管对大肠埃希菌的抑菌环

图4 银离子水凝胶涂层导尿管对表皮葡萄球菌的抑菌环

4 讨论

采用抑菌环试验对产品进行体外抑菌效果评价，试验过程需注意以下几点：（1）每组试验均应设置阴性对照样品，不可省略；（2）接种用细菌悬液的浓度应符合要求，浓度过低，会导致接种量少，抑菌环会因此而增大，浓度过高会导致接种量过多，抑菌环则会因此而减小；（3）应保持琼脂浓度的准确性，否则可影响抑菌环的大小；（4）培养时间不得超过18 h，若培养时间过久，则部分细菌可恢复生长导致抑菌环变小；（5）抑菌环直径与抑菌剂的量、抑菌性能和干湿度有关，因此，试验样品应在当天制备。

本研究结果显示，银离子水凝胶涂层导尿管对金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌、大肠埃希菌和表皮葡萄球菌均具有较好的抑菌作用，但与其他3种细菌相比，银离子对铜绿假单胞菌的抑制作用稍差，推测与铜绿假单胞菌的生物膜形成有关。据美国国立卫生研究院公告，80%的临床微生物感染与生物膜有关[14]。铜绿假单胞菌是临床常见的革兰阴性条件致病菌，由于能够形成非常厚实的生物膜以抵御外来抗菌药物的攻击，因此，其已经成为目前生物膜研究的模式细菌[15]。研究发现，针对医疗器械相关感染，可以通过研发本身具有抗感染功能的新型医用材料或材料表面改性涂层来预防生物膜的形成[16-17]。因此，本研究的试验结果也表明，在导尿管表面添加银离子水凝胶涂层可以有效抑制铜绿假单胞菌的生长，但抑制效果相比其他种类病原微生物稍差，在今后的研究工作中可重点关注。

随着我国人口老龄化趋势的加剧，导尿管使用量急剧增多，尿路感染发生率也呈逐年上升趋势，如何减少尿路感染的发生已成为亟待解决的严峻问题。面对临床的迫切需求，具有抑菌作用的功能性导尿管成为企业研发的重点。本研究评价了银离子水凝胶涂层导尿管对金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌、大肠埃希菌和表皮葡萄球菌等典型临床常见病原菌的体外抑菌效果，可为该类产品的研发与性能改进提供技术支持，为临床使用提供数据支持，同时也可为其他含银离子类医疗器械产品的性能评价提供方法参考。