2019-08-02 05:26:01
自消毒聚合物证明可有效抵抗耐药性病原体

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北卡罗来纳州立大学的研究人员发现,弹性聚合物具有广谱抗菌特性,可以在几分钟内杀死一系列病毒和耐药细菌 - 包括耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)。

“当我们从这种聚合物中观察到一些有趣的行为并决定更深入地探索其潜力时,我们正在探索一种不同的方法来制造抗菌材料,”Rich Spontak说道,他是该工作论文和化学杰出教授的共同通讯作者和北卡罗来纳州的生物分子工程。 “我们发现,作为抗击耐药病原体的现有材料相关方法的替代武器非常有希望。这在临床环境中尤其有用 - 例如医院或医生办公室 - 以及高级生活设施病原体传播会产生可怕的后果。“

聚合物的抗菌性能源于其独特的分子结构,它将水吸引到一系列重复单元,这些重复单元用磺酸基团进行化学修饰(或官能化)。

“当微生物与聚合物接触时,微生物表面的水与聚合物中的磺酸官能团相互作用 - 产生酸性溶液,迅速杀死细菌,”北卡罗来纳州化学副教授Reza Ghiladi说。国家和共同通报的论文作者。 “通过控制聚合物中磺酸官能团的数量,可以使这些酸性溶液或多或少变得强大。”

研究人员测试了聚合物对六种类型的细菌,包括三种抗生素抗性菌株:MRSA,耐万古霉素的屎肠球菌和耐碳青霉烯的鲍曼不动杆菌(Acinetobacter baumannii)。当40%或更多的相关聚合物单元含有磺酸基团时,聚合物在5分钟内杀死了99.9999%的每种细菌菌株。

研究人员还测试了这种聚合物对抗三种病毒:一种用于狂犬病的模拟病毒,一种流感病毒株和一种人类腺病毒株。

“该聚合物能够在五分钟内完全消灭流感和狂犬病类似物,”北卡罗来纳州立大学生物科学副教授,该论文的共同作者弗兰克舒尔说。 “虽然具有较低磺酸基团浓度的聚合物对人类腺病毒没有实际效果,但它可以在更高的磺酸水平下破坏99.997%的病毒。”

研究人员关注的一个问题是聚合物的抗菌作用会随着时间的推移而逐渐恶化,因为当磺酸基团与水中带正电荷的离子(阳离子)相互作用时,它们会被中和。然而,他们发现聚合物可以通过将其暴露于酸溶液而完全“再充电”。

“在实验室环境中,你可以通过将聚合物浸入强酸中来实现这一目标,”Ghiladi说。 “但在其他环境中 - 例如医院病房 - 您可以简单地用醋喷洒聚合物表面。”

这种“再充电”过程是有效的,因为每当一个带负电的磺酸基团与水中的阳离子结合时 - 这可能在聚合物与微生物接触时发生 - 磺酸基团变为电中性。这使得酸基对微生物无效。但是当中和的聚合物经受酸时,那些官能团可以与来自酸的质子交换结合的阳离子,使磺酸基团再次活化 - 并准备杀死微生物病原体。

“我们在这里所做的工作突出了一种有前途的新方法,用于制造抗菌表面,用于抗药性病原体,尤其是医院获得性感染,”Ghiladi说。

“像这样的功能性嵌段聚合物非常通用 - 可用作水处理介质,软致动器,太阳能电池和气体分离膜 - 并且环境友好,因为它们可以很容易地回收和再利用,”Spontak补充道。 “这些功能使它们特别适合广泛使用。

“这项工作仅针对科腾聚合物生产的一种聚合物系列,”Spontak说。 “我们非常渴望了解如何进一步改进这种聚合物和其他聚合物,以保持这种有效和快速作用的抗菌性能,同时改善其他对其他应用具有吸引力的特性。”

这篇论文“在几分钟内杀死耐药微生物的固有自消毒带电多嵌段聚合物”出现在Materials Horizons杂志上。

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