「科研快報」天然仿生材料設計實現通用和智慧抗菌塗層

原創

Wang

YR

抗菌科技圈

第一作者：

Lei

Yang

通訊作者：

Y

iyun

Cheng,

Yiwen

Li

通訊單位：

四川大學，華南理工大學

研究速

覽

近期，四川大學Cheng Yiyun教授團隊和華南理工大學Li Yiwen教授團隊合作在材料學權威期刊Advanced Functional Materials上發表了有關天然仿生材料設計實現通用和智慧抗菌塗層的研究工作。可按需釋放抗生素的智慧抗菌塗層在醫療器械、抗生素輸送平臺和植入裝置中吸引了越來越多的關注。然而，在通用基底上輕鬆製備具有高抗生素負載效率、可調的藥物釋放曲線和優良的抗菌效能的抗菌塗層仍然面臨許多挑戰，尤其是涉及到塗層材料的合成和選擇性基片製備工藝。基於此，該論文報道了一種簡單而堅固的製造方法，透過在植物酶辣根過氧化物酶（HRP）存在的情況下，將兩種型別的天然材料即氨基糖苷（AGs）和原兒茶醛（PA）整合在一鍋中，在各種基底上實現智慧抗菌塗層塗覆。該智慧塗層不僅具有高載藥量和動態pH響應效能，還可實現抗生素的按需釋放以及高效抗菌活性。這項工作合成方法簡單、高效，並且為利用仿生材料構建功能強大的抗菌塗層提供了思路。

要點分析

要點

一

：

利用兩種天然仿生材料原兒茶醛（PA）和氨基糖苷（AGs），開發了一種簡單、高效的智慧抗菌塗料合成方法：PA是一類典型的天然多酚分子，具有促凋亡和抗菌作用，AGs是一種廣譜抗菌有機分子。多酚類組分對不同表面均具有強附著力和高親和力。辣根過氧化物酶催化酶聚合方法使PA分子作為膠粘劑，將不同基質膠粘起來。

要點二：

該

塗料

展現了強大且智慧的抗菌效能，為智慧抗菌塗料的設計提供了思路

。

該塗層材料具有高載藥量和pH響應效能的同時，還可實現抗生素的按需釋放以及高效抗菌活性。更重要的是，整個製備過程只需要一鍋反應，實驗條件溫和，這為利用仿生材料在各種基底上合成智慧抗拒塗層提供了一種簡單的方法。

圖文導讀

圖

1.

(

a）透過一鍋反應制備PA/AGs智慧抗菌介面的流程圖。（b，c）不同基材，無/有PA/TOB塗層。

圖

2

.

a） 無（上）和有（下）PA/TOB塗層玻璃的水接觸角； b， c） PA/TOB @Glass和PA/ TOB @ PES的SEM影象； d） PA/TOB @Si的AFM高度影象； e） 高度沿白線波動（d） PA/TOB @Si的AFM高度影象； f） PA/TOB @Si三維AFM高度影象； g） 不同塗布時間下PA/TOB @Glass的厚度； h） 不同TOB濃度下PA/TOB @Glass厚度； i） 不同基材的厚度統計。j） PES塗覆PA/TOB前（紅線）和塗覆後（黑線）的XPS測量掃描；k） N 1s和l） C 1s TOB/PA@PES的高解析度光譜。

圖 3

3

a） PA/TOB@PES在不同pH下的抗生素釋放譜圖； b） 不同PA/CAT比值的PA/TOB/CAT@PES抗生素裝藥量； c） 不同PA/CAT質量比（pH=5）下PA/TOB/CAT@PES的抗生素釋放譜； d） 塗層和降解PA/TOB/CAT@PES的數碼照片。e） PA/TOB@PES抗菌介面的可回收性。f） 不同型別AGs的化學結構； g） 抗生素載量和h）不同pH條件下PA/AG塗層抗生素釋放譜。

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。 a） 抗菌醫療器械示意圖。b） 分別對大腸桿菌、銅綠假單胞菌、表皮葡萄球菌和金黃色葡萄球菌的ZOI影象。c） 未塗覆/塗覆PES膜處理後的大腸桿菌和金黃色葡萄球菌活/死雙染色。d） 未塗覆/塗覆PES薄膜處理的大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的SEM影象。e） 包覆/未包覆PES薄膜對四種細菌的抗菌活性，f） 三種不同醫療器械對金黃色葡萄球菌的抗菌活性。

圖 4

4

a） 透過普通外科手術植入醫療器械示意圖。植入之前裝置已被感染。分別植入有塗層和無塗層骨釘（b）和導管（c）的小鼠影象。植入前已感染金黃色葡萄球菌。d） 骨釘上的金黃色葡萄球菌計數，e） 感染後3天不同器官的金黃色葡萄球菌計數。f） 導管上金黃色葡萄球菌計數，g） 感染後3天不同器官的金黃色葡萄球菌計數。h） 感染部位周圍組織的組織學切片。

圖 5

5

a） 透過普通外科植入醫療器械的示意圖。小鼠植入後感染金黃色葡萄球菌。b） 植入塗層和未塗層裝置並進一步感染金黃色葡萄球菌的小鼠影象。c） 感染部位組織的組織學切片。d） 骨釘上金黃色葡萄球菌計數，e） 感染後3 d不同器官金黃色葡萄球菌計數。f） 導管上金黃色葡萄球菌計數，g） 感染後3 d不同器官金黃色葡萄球菌計數。

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為解決抗菌塗層設計中存在的合成和選擇性基片製備工藝問題，本文提出了一種面向智慧抗菌塗層表面的簡便和高效的製造方法。

1、本研究透過利用兩種天然仿生材料氨基糖苷和原兒茶醛合成了一種智慧抗菌塗料，該合成方法簡單、高效，且材料堅固。

2、該智慧塗層材料具有高載藥量、動態pH響應效能、可調藥物釋放曲線以及高效抗菌活性。

圖 6.

https：//doi。org/10。1002/adfm。202108749

Lei Yang， Changping Wang， Lin Li， Fang Zhu， Xiancheng Ren， Quan Huang，

Yiyun Cheng，* and Yiwen Li* Bioinspired Integration of Naturally Occurring Molecules towards Universal and Smart Antibacterial Coatings。 Adv。 Funct。 Mater。 2022， 32， 2108749。