由于具有一些固有特性，例如與人體組織的生物相容性，硅橡膠通常被用于醫(yī)療設(shè)備。雖然硅橡膠本身相對呈惰性，但在使用設(shè)備期間，有機(jī)營養(yǎng)物可能吸附到硅橡膠表面，并形成生物膜。許多含有硅橡膠的設(shè)備暴露于適合生物膜生長的恰當(dāng)濕氣、營養(yǎng)物、時間和溫度條件，包括移植、導(dǎo)管、靜脈注射連接器以及用于呼吸治療的管道。隨著接觸時間的增加以及沒有成功進(jìn)行干預(yù)，產(chǎn)生微生物的生物膜會造成感染。
一、銀基硅橡膠抗菌劑
抗菌劑處理的生物相容性是需要考慮的最重要問題之一。細(xì)胞毒性是最敏感的生物相容性試驗(yàn)；經(jīng)過處理的設(shè)備或設(shè)備濃縮劑直接暴露于哺乳動物細(xì)胞培養(yǎng)的細(xì)菌。銀基抗菌劑會在這些體外試驗(yàn)中引起一些細(xì)胞毒性效應(yīng)，但是，在嚴(yán)格的研究和對組織、整個動物和人體開展的觀察中，則展現(xiàn)出很少的生物相容性問題或者沒有生物相容性問題。在提交醫(yī)療設(shè)備進(jìn)行的評審中，美國食品和藥品管理局（FDA）和其它管理機(jī)構(gòu)檢查整套數(shù)據(jù)，以確定設(shè)備是否生物相容。由于銀基抗菌劑用于傷口處理和其它應(yīng)用的歷史較長，管理機(jī)構(gòu)和保健提供商對銀具有一定的熟悉程度，而這種熟悉程度對于其它抗菌劑可能是沒有的。為此，銀是目前為止用于抗菌醫(yī)療設(shè)備的最常見抗菌劑。
在集成于聚合物、樹脂或涂層之后，存在已經(jīng)加工銀釋放銀離子的幾種不同配方。不管銀技術(shù)是否基于銀金屬(AG0)、銀鹽（例如AgCl）或離子銀（Ag+）或者銀離子的其它多價產(chǎn)品，產(chǎn)品必須最終釋放離子銀以成為一種有效的抗菌劑。銀金屬(Ag0)沒有抗菌活動，必須進(jìn)行氧化，以形成最終可以釋放離子銀的產(chǎn)品。這一系列研究中描述的銀基技術(shù)是一種稱為SelectSilverSR12(SSSR12)的配方，將銀離子(Ag+)包在微微溶解的玻璃微粒內(nèi)。SSSR12抗菌劑通過溶解機(jī)制從基于玻璃的無機(jī)矩陣緩慢釋放銀離子。當(dāng)周圍環(huán)境（體液、靜脈注射液等）接觸微粒時，矩陣緩慢溶解，從而釋放銀離子。表面釋放銀離子的速度緩慢，但是足以快到在基底上面和附近維持有效的濃度。
在銀離子離開經(jīng)過SSSR12處理的材料表面時，會由于與相鄰水成環(huán)境中存在的蛋白質(zhì)、鹽或其它基底發(fā)生非特定交互作用而不活躍（圖2）。這類交互作用以各種形式的銀離子釋放技術(shù)出現(xiàn)。當(dāng)未粘附的銀離子到達(dá)微生物表面時，抗菌的作用機(jī)制開始。微生物細(xì)胞攝取銀離子的機(jī)制有幾種，包括將銀離子擴(kuò)散到細(xì)胞內(nèi)以及使用通常傳輸基本離子的系統(tǒng)進(jìn)行主動傳輸。雖然Ag+會采用非特定的方式粘附到細(xì)胞表面并造成細(xì)胞膜功能中斷，但是，人們廣泛認(rèn)為，Ag+的抗菌特性依賴于與細(xì)胞內(nèi)的現(xiàn)場交互作用。進(jìn)入細(xì)胞之后，銀離子開始中斷微生物的重要功能。銀離子的反應(yīng)性高，隨時準(zhǔn)備粘附到含有硫、氧和氮的給電子體官能團(tuán)上以及磷酸鹽和氯化物等負(fù)電荷官能團(tuán)上。銀離子的主要分子目標(biāo)駐留于細(xì)胞硫醇(-SH)官能團(tuán)內(nèi)，通常發(fā)現(xiàn)位于稱為酶的重要蛋白質(zhì)中。酶會變性，因?yàn)榇嬖谟捎贏g+粘附而造成的構(gòu)象變化。生成細(xì)胞能源時需要Ag+變性的許多酶。如果充分中斷微生物細(xì)胞生成能源的能力，則微生物將快速死亡。
二、銀釋放動力
在室溫中將經(jīng)過處理的樣品暴露于鹽水（0.85%NaCl）24小時并緩慢攪拌，以測量樣品釋放的生物藥效利用銀。使用5%的硝酸將提取物酸化并使用ICP-OES（PerkinElmer，型號：Optima4300DV）測量銀的含量(ppb)。要清除雜質(zhì)，在酸化和分析之前，使用0.2微米的過濾器過濾所有樣品。
三、使用“頂部接觸”化驗(yàn)確定效力
使用簡單的化驗(yàn)評估帶有和不帶SSSR12的體外設(shè)備的LSR元件的效力。分散103、104或105抵抗甲氧西林金黃色葡萄球菌ATCC（美國模式培養(yǎng)物集存庫）#43300(MRSA)或克雷白氏肺炎桿菌ATCC（美國模式培養(yǎng)物集存庫）#4352細(xì)胞之后，立即將元件尖部接觸營養(yǎng)瓊脂板的表面，以接種樣品。然后將接種的樣品置于消毒盤內(nèi)，并將在潮濕條件下在30℃孵化24小時。孵化之后，使元件重復(fù)接觸消毒營養(yǎng)瓊脂板的表面（10次）。另外在37℃再孵化營養(yǎng)瓊脂板24小時。如果存活細(xì)胞在暴露于LSR元件最初24小時暴露時期時存活并轉(zhuǎn)移到瓊脂表面，則細(xì)胞可以在瓊脂表面的接觸部位生長和形成群體。采用導(dǎo)致成功轉(zhuǎn)移存活細(xì)胞的接觸數(shù)量以及觀察每一接觸點(diǎn)的生長量表示結(jié)果。
通過模注制備LSR樣品塊，以制備三種不同含量的SSSR12抗菌劑劑量。開展X射線熒光光譜試驗(yàn)，以確定水平樣品塊中銀的含量。雖然這一特別研究中只有三個數(shù)據(jù)點(diǎn)，但是，在銀含量和目標(biāo)劑量之間存在密切的關(guān)系(R2=0.994)（圖3）。另外還在壓縮模注樣品塊上開展了這一研究，結(jié)果相似（未顯示數(shù)據(jù)）。如果抗菌劑或抗菌劑載體含有相當(dāng)獨(dú)特的信號元素，還采用XRF檢測其它抗菌劑。同時，XRF技術(shù)是一種無損技術(shù)，可以用于制造或品質(zhì)保證實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的在線測量。
12小時的時間使銀離子達(dá)到平衡水平（本研究中為ca.500ppb）。緩慢釋放銀離子是通過多日使用保護(hù)表面所需要的釋放動力的一部分。另外，銀離子達(dá)到有效水平的時間框架符合形成生物膜需要的時間。
采用兩種不同劑量SSSR12處理的LSR通過重復(fù)暴露于鹽水展示出緩釋銀離子（圖5）。在單次暴露于鹽水24小時之后，劑量反應(yīng)較為明顯。但是，在暴露于鹽水兩天之后，從兩種樣品中釋放的離子似乎達(dá)到大約400ppb的平衡。至少連續(xù)七天暴露于新鮮鹽水，釋放的銀維持在ca.400-450ppb。
在我們的實(shí)驗(yàn)室中已經(jīng)觀察到這種平衡現(xiàn)象多次，是由與相同溶液中存在的Ag、Cl和Na相關(guān)的共同離子效應(yīng)造成的。這種平衡有效抑制了銀的釋放，直至銀離子被清除（例如沖洗清除）或者粘附到細(xì)菌或其它有機(jī)物上面。解除平衡壓力之后，再次釋放銀離子。并非所有銀基抗菌劑都能展現(xiàn)采用SSSR12觀察到的銀釋放動力。另一種銀基技術(shù)已經(jīng)用于LSR。將模注樣品塊暴露于鹽水并采用前面所述的相同類型化驗(yàn)測量銀的釋放。結(jié)果表明最初釋放的速率相對較高，之后在暴露于鹽水兩天之后急劇下降（圖6）。暴露三天之后的釋放速率變得穩(wěn)定，但是釋放的銀離子濃度低（<30ppb）。進(jìn)一步分析表明，LSR表面的大多數(shù)銀微粒被一薄層硅橡膠蓋住，降低了濕氣到達(dá)銀微粒的能力，因此釋放銀離子的濃度降低。使用相同方法評估的其它銀基技術(shù)研究結(jié)果表明，大多數(shù)存在相同的問題。
在暴露于革蘭氏陰性細(xì)菌和革蘭氏陽性細(xì)菌的代表種類24小時之后，評估了采用不同劑量的SSSR12處理的LSR的噴射模注樣品塊的抗菌性能。在暴露于鹽水之前以及暴露于鹽水3天和7天之后，試驗(yàn)了經(jīng)過處理的LSR樣品。本研究中，作為一種樣品試驗(yàn)了未經(jīng)處理的LSR。將在37℃暴露于未經(jīng)處理的聚丙烯樣品塊24小時之后恢復(fù)的存活細(xì)胞數(shù)量與從未經(jīng)處理和經(jīng)過處理的LSR產(chǎn)品恢復(fù)的細(xì)胞數(shù)量進(jìn)行比較。與未經(jīng)處理的聚丙烯相比，暴露于未經(jīng)處理的LSR的兩種種類的數(shù)量微微降低（ca.0.6對數(shù)單位)。對于革蘭氏陰性細(xì)菌克雷白氏肺炎桿菌，采用SSSR12處理的LSR的所有樣品展示出最大的對數(shù)降低（經(jīng)過處理的產(chǎn)品上沒有恢復(fù)的存活細(xì)胞）。對于金黃色葡萄球菌，觀察到明顯的劑量反應(yīng)，SR12的含量越高，則對數(shù)降低越高。觀察了以前沒有暴露于鹽水的樣品以及以前暴露于鹽水3天和7天的樣品的劑量反應(yīng)。對于以前暴露于鹽水的樣品，在給定SSSR12劑量之內(nèi)，效力保持恒定或微微增加。
采用SSSR12處理的LSR展現(xiàn)了在重復(fù)暴露于鹽水時抵抗兩種微生物的持續(xù)效力，與動力研究中所看到的銀緩釋相符。雖然本研究中沒有討論這一主題，但是應(yīng)注意到，銀抵抗細(xì)菌比抵抗真菌更有效。同樣，銀離子很難滲透人體細(xì)胞的細(xì)胞壁和多細(xì)胞膜，銀離子不能很好滲入真菌等更復(fù)雜微生物的細(xì)胞之內(nèi)。可以使用足夠的銀處理醫(yī)療設(shè)備，以展示抵抗白假絲酵母菌等真菌的效力，但是，要求的劑量高于控制細(xì)菌生長的劑量。在后期固化采用5%和10%SSSR12抗菌劑處理的LSR之前和之后，對噴射模注樣品塊開展了相似研究。表明，與未經(jīng)處理的聚丙烯相比，未經(jīng)處理的LSR展示出微小但是一致的效力。在暴露于鹽水之前以及暴露于鹽水7天之后試驗(yàn)時，經(jīng)過處理的LSR樣品展示出抵抗兩種試驗(yàn)微生物的效力更高。所有樣品的對數(shù)降低量處于或接近最大值。在5%的劑量暴露于鹽水7天之后，效力微微下降。后期固化對于抗菌性能沒有可以測量的影響。需要開展可以確定暴露于經(jīng)過處理的表面之后存活細(xì)胞的實(shí)際降低數(shù)量的化驗(yàn)，以量化抗菌效力。要求提供此類數(shù)據(jù)，以在美國和歐洲注冊經(jīng)過抗菌處理的醫(yī)療設(shè)備。但是，還有其它技術(shù)可以用于快速篩查許多樣品以及提供可視的效力顯示。使用了微生物學(xué)中用于檢測主動呼吸細(xì)胞的一種常見染料（TTC）修改上面所述用于測量存活細(xì)胞對數(shù)降低的薄膜接觸法。將未經(jīng)處理的聚丙烯樣品、未經(jīng)處理的LSR樣品以及采用1.5%和5%SSSR12抗菌劑處理的LSR樣品在37℃暴露于克雷白氏肺炎桿菌細(xì)胞中24小時。暴露之后，將樣品置于TTC瓊脂板的表面。在37℃孵化另外24小時之后，由于瓊脂板表面生長細(xì)菌而形成紅色，因此可以觀察到存活細(xì)胞（圖7）。保留在未經(jīng)處理的聚丙烯和LSR上的存活細(xì)胞展示出在TTC瓊脂板上廣泛生長。對比之下，在采用1.5%SSSR12處理的樣品上只檢測到少量存活細(xì)胞。在采用5%SR12處理的樣品上沒有檢測到存活細(xì)胞。
可以提供有意義數(shù)據(jù)的另一種化驗(yàn)結(jié)果以及效力的可視圖形參見圖8。采用10%SSSR12處理的LSR被模注進(jìn)體外設(shè)備的硅樹脂元件中。元件太小，不能開展前面所述的標(biāo)準(zhǔn)薄膜接觸法試驗(yàn)，因此開發(fā)了一種新的方法。該方法測量接種元件可以將存活細(xì)胞傳輸?shù)綘I養(yǎng)瓊脂板上多少次（共10次）。在接種體水平（103細(xì)胞）較低時，在MRSA的存活細(xì)胞未傳輸?shù)江傊?，未?jīng)處理的元件樣品在十次中有七次接觸瓊脂表面。在接種體水平（104-105細(xì)胞）較高時，細(xì)胞至少通過10連續(xù)接觸傳輸?shù)江傊砻?。對于?jīng)過處理的LSR元件，成功傳輸?shù)江傊砻娴拇螖?shù)更低。每次接觸傳輸?shù)江傊宓募?xì)胞數(shù)量也似乎更少。這些數(shù)據(jù)表明，經(jīng)過處理的元件表面的存活細(xì)胞比未經(jīng)處理的元件表面的存活細(xì)胞少。在其它研究中觀察到，抵抗克雷白氏肺炎桿菌的效力高于抵抗金黃色葡萄球菌的效力（附表）。另一種基于銀的產(chǎn)品也展現(xiàn)出在抵抗克雷白氏肺炎桿菌方面效力極好，但是，在抵抗金黃色葡萄球菌的效力方面沒有采用SSSR12處理的樣品樣品有效。接種體水平也影響經(jīng)過處理的LSR的效力，因?yàn)樵谳^低接種體水平時，出現(xiàn)的細(xì)菌轉(zhuǎn)移更少。另外，還在以前暴露于鹽水三天和七天的LSR元件上開展了這種化驗(yàn)。如前所述，采用SR12處理的LSR的效力似乎在材料暴露于鹽水時增加。這些結(jié)果表明，SSSR12能夠在醫(yī)療設(shè)備實(shí)際元件的預(yù)期使用時間展示出效力。要求開展進(jìn)一步研究以了解通過較長時期暴露以及在不同環(huán)境條件下的抗菌性能水平。
通過將抗菌劑集成于設(shè)備元件內(nèi)部或涂層設(shè)備而采用抗菌素處理醫(yī)療設(shè)備，已經(jīng)證實(shí)可以幫助降低與設(shè)備相關(guān)的感染，但是只是少數(shù)情況。存在使用可以展現(xiàn)出生物相容性要求水平和持續(xù)效力水平的現(xiàn)有成份開發(fā)新的抗菌劑或新技術(shù)的機(jī)會。由于存在這些要求，銀基抗菌素仍然是集成于醫(yī)療設(shè)備內(nèi)部或表面的最常見和最可靠的抗菌劑。
四、硅橡膠中抗菌劑的評估
如果生物相容性試驗(yàn)的結(jié)果表明抗菌劑處理對于其用途安全，則其它關(guān)鍵方面是處理的有效性。基于銀的處理的抗菌效力評估遵循始于確定經(jīng)過處理的材料內(nèi)部或上面的劑量的試驗(yàn)計劃。對于熱塑性塑料，用于確定銀劑量的方法涉及將樣品加熱到極高溫度，以揮發(fā)和燒毀所有有機(jī)材料，然后用酸溶解灰燼，以溶解和釋放銀離子。確定溶解溶液中銀離子濃度的最常用方法是原子吸收光譜(AAS)或電感耦合等離子體發(fā)射光譜(ICP-OES)。但是，眾所周知，很難采用化學(xué)方法溶解硅橡膠。確定經(jīng)過處理的硅橡膠中銀含量的另一種方法是采用X射線熒光光譜法(XRF)。這種方法利用了銀的唯一X光信號的優(yōu)點(diǎn)。該方法生成“X射線量”方面的結(jié)果，只提供相對的銀劑量。量化銀的數(shù)量要求建立已知銀濃度對比X射線量的一根標(biāo)準(zhǔn)曲線。知道已經(jīng)達(dá)到材料中銀抗菌劑的目標(biāo)劑量之后，需要了解銀釋放的動力。必須從表面釋放銀且能夠進(jìn)入微生物的細(xì)胞，以達(dá)到最大效力。最常見的方式是，釋放銀的形式是銀離子Ag+。一般來說，將經(jīng)過處理的材料暴露于模仿最終應(yīng)用的溶液。然后使用AAS或ICPOES測量洗提液中的銀離子濃度。通常修改暴露場景，以符合預(yù)期體積與表面面積的比率以及成品醫(yī)療設(shè)備的暴露持續(xù)時間。例如，基于硅橡膠的導(dǎo)尿管會每天暴露于人工尿或鹽水新鮮溶液，時間長達(dá)連續(xù)30天。這些試驗(yàn)可以幫助了解銀基抗菌劑技術(shù)是否相容硅橡膠矩陣，是否有能力持續(xù)受控地釋放銀離子，以及硅橡膠是否加載足量的抗菌劑，以釋放銀離子達(dá)到預(yù)期的使用持續(xù)時間。
最后篩查經(jīng)過處理的材料抵抗微生物的效力。通常分級開展抗菌劑的效力試驗(yàn)。首先，將經(jīng)過處理和未經(jīng)處理的硅橡膠樣品暴露于微生物24小時，并確定存活微生物細(xì)胞的降低量。如果最初篩查試驗(yàn)顯示積極結(jié)果，則修改效力試驗(yàn)參數(shù)以更好模擬設(shè)備的預(yù)期使用條件以及相關(guān)目標(biāo)微生物。在確定銀釋放動力時，效力方法涉及修改接觸經(jīng)過處理的材料的溶液、體積與表面面積比率以及接觸的持續(xù)時間。在本文總述的研究中，檢查了基于銀的幾個不同抗菌劑，以確定其用于醫(yī)療設(shè)備的LSR的處理性能。
五、使用薄膜接觸篩查法確定效力
使用“薄膜接觸法”評估抵抗細(xì)菌的效力，這是“ISO22916：塑料-塑料表面抗菌劑活動測量”的一種修改方法。將樣品塊置于經(jīng)過消毒的培養(yǎng)皿內(nèi)并用異丙醇擦拭，以便進(jìn)行清潔。然后將樣品暴露于懸浮在采用0.2%營養(yǎng)肉湯補(bǔ)充的0.85%NaCl（鹽水）中的細(xì)菌（0.4毫升，每毫升105個細(xì)胞）。采用聚乙烯薄膜蓋住細(xì)菌懸浮液，以將接種體擴(kuò)散到樣品表面并防止干燥。在37℃孵化24小時之后，用10毫升中和溶液清洗樣品，以清除粘附的細(xì)胞和非活性殘留銀離子。使用基于微濃度測定板的“最可能數(shù)量”化驗(yàn)量化中和溶液中存活細(xì)胞的數(shù)量。將每個樣品的細(xì)胞數(shù)量轉(zhuǎn)換為對數(shù)單位后，基于從未經(jīng)過處理的聚丙烯回收的細(xì)胞數(shù)量計算暴露于LSR之后細(xì)胞的對數(shù)降低數(shù)量（對數(shù)降低數(shù)量=對數(shù)（細(xì)胞/聚丙烯樣品）-對數(shù)（細(xì)胞/LSR樣品）。未經(jīng)處理的聚丙烯用作內(nèi)部對照樣品，因?yàn)橐郧暗脑S多試驗(yàn)已經(jīng)表明這種材料在引起細(xì)胞數(shù)量增加或減少方面呈惰性。最大對數(shù)降低數(shù)量代表效力最高，可以采用特別的研究測量。使用克雷白氏肺炎桿菌ATCC（美國模式培養(yǎng)物集存庫）#4352和金黃色葡萄球菌ATCC（美模式培養(yǎng)物集存庫）#6538試驗(yàn)復(fù)制樣品。
六、用于硅橡膠的抗菌劑
將抗菌劑集成于醫(yī)療設(shè)備內(nèi)部或表面是一種降低微生物聚積在醫(yī)療設(shè)備表面并形成生物膜的可行戰(zhàn)略。經(jīng)過抗菌劑處理的醫(yī)療設(shè)備多種多樣，包括導(dǎo)管、魯爾設(shè)備、氣管導(dǎo)管以及傷口敷料。少數(shù)情況下，使用抗菌劑設(shè)備不僅已經(jīng)顯示可以殺滅設(shè)備表面的微生物，而且還可降低感染率。
實(shí)驗(yàn)
采用各種方法制備LSR樣品，包括混合抗菌劑與LSR元件或者通過第三種流量擴(kuò)散添加抗菌劑。采用壓縮或注射模注樣品塊或?qū)嶋H設(shè)備元件。
七、使用TTC瓊脂化驗(yàn)確定效力
使用上面所述的薄膜接觸法評估抗菌的效力。將帶有微生物的樣品在37℃孵化22小時之后，從樣品上取下接種體，將樣品倒置放在采用0.01%三苯基氯化四氮唑(TTC)補(bǔ)充的胰蛋白大豆瓊脂板上。TTC是一種無色化合物，采用主動呼吸細(xì)菌會還原為不能溶解的紅色。將TTC集成于營養(yǎng)瓊脂板內(nèi)，然后將暴露于微生物的樣品置于板的表面，可以根據(jù)瓊脂表面存在的紅色檢測任何存活的細(xì)菌。孵化瓊脂板24小時并觀察粘附在材料表面的存活細(xì)胞形成的紅色區(qū)域。
八、硅橡膠中銀基抗菌劑劑量的確定
使用X射線熒光光譜（XRF；ThermoNoranQuanXEC公司，型號：C10014）確定樣品中不同元素的含量估計值。XRF分析產(chǎn)生以“單位”為術(shù)語的元素濃度；單位越高，元素的濃度越高。但是，單位依賴于樣品幾何形狀的程度極大，因此很難比較不同幾何形狀或配置的樣品的單位。在繪制圖形和分析之前，要減除背景單位。