既能杀细菌，又能灭病毒，这样的通“材”，了解一下

既能杀细菌，又能灭病毒，这样的通“材”，了解一下
2019/8/15 11:33:16学术经纬学术经纬





     ▎学术经纬/报道

     此前我们介绍了多重耐药菌(MDRO)——同时对临床使用的三种或三种以上作用机制不同的抗菌药物呈现耐药性的细菌(中南大学段燕文团队JMC：后期修饰平板霉素，抗菌活性改善显著)。这一概念之所以得到高度的关注，是因为病原体耐药性问题目前正在以惊人的速度攀升，而已有的干预手段还相对有限。MDRO产生的其中一个原因是抗生素滥用，抗生素耐药性(AMR)已被世界卫生组织(WHO)列为“2019年全球十大健康威胁之一”。美国疾病控制与预防中心(CDC)曾做出这样的预测，按照耐药菌如此快速的演化趋势，到2050年，死于AMR的人数将会达到1000万，甚至超过每年死于癌症的患者数量。

     ▲AMR与抗生素的发展(图片来源：参考资料[1])

     面对这一问题，除了进一步发展新型的抗生素对患者进行有效的治疗，通过表面消毒的手段及时阻断病原传播渠道、做好监管与防护对AMR也具有重要的预防作用。表面消毒的方法包括物理消毒与化学消毒，物理消毒即利用紫外线辐射、高温煮沸的方式杀灭病原体；化学消毒则涉及使用漂白剂、双氧水等具有氧化作用的消毒剂，但这种方法可能会破坏医疗器械及设备，有时还会引发其他健康问题。人们还会将金属(如Ag、Cu)或金属氧化物(如ZnO、TiO₂)纳米颗粒嵌入聚合物材料中用于消毒，但这类金属纳米颗粒进入生物体内可导致生物富集，同样会带来环境及人类健康安全隐患。除此之外，光敏剂也可掺入聚合物分子中，这种材料在氧气存在的条件下经可见光激发能产生单线态的氧，由此实现杀菌的作用。

     ▲不同表面消毒手段(图片来源：参考资料[2])

     最近，北卡罗来纳州立大学罗利分校(North Carolina State University, Raleigh)的Richard J. Spontak与Reza A. Ghiladi教授合作，发现五嵌段聚合物材料聚[叔丁基苯乙烯-b-(乙烯-alt-丙烯)-b-(苯乙烯磺酸)-b-(乙烯-alt-丙烯)-b-叔丁基苯乙烯](TESET)可有效杀灭多种革兰氏阳性和阴性细菌，且杀菌迅速，5分钟内即可杀死99.9999%的病原体。此外，这种聚合物不仅可以抗菌，对病毒也具有良好的灭活功效。相关成果发表在英国皇家化学会(RSC)旗下期刊Materials Horizons上。

▲图片来源：参考资料[2]

     ▲TESET的分子结构(图片来源：参考资料[1])

     一些聚合物材料可通过适当的官能化修饰产生抗菌效果，其作用机制是材料分子修饰的阳离子物种与微生物细胞膜表面的阴离子物种发生静电相互作用，从而诱导细胞膜破裂。这种杀菌方法可以避免损坏医疗器械及设备，同时不会带来环境影响。早期的研究表明，TESET相邻结构单元间热力学不相容，因而可自发自组装成具有纳米结构的材料，其具有良好的稳定性及机械强度，可应用于水源净化、气体分离与有机太阳能电池等领域。作者发现，这种聚合物以磺化的苯乙烯作为中间嵌段，既克服了有机聚合物疏水的问题，也不会因为磺化度过高在水中溶解，在水溶液条件下仅发生部分溶胀，呈水凝胶态，并可保持机械稳定。另外，磺酸基团在水溶液中可发生电离，产生的磺酸根阴离子与微生物细胞膜表面携带的电荷相同，但与此同时产生的水合氢离子可显著降低其周围环境的pH，由此增加微生物细胞膜的外膜应力，促使其破裂，达到杀灭微生物的目的。

     作者制备了两种不同磺化度的TESET，分别为磺化度26 mol%的TESET26和52 mol%的TESET52，并以耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)为例考察其抗菌活性。磺化度高的TESET52灭菌效果更为出色，5分钟内可杀灭99.9999%的MRSA。

     ▲TESET对MRSA的抗菌活性(图片来源：参考资料[2])

     他们进一步考察了TESET对其他细菌的抗菌效果，两种聚合物均可以在5分钟内杀灭99.9999%的对甲氧西林敏感的金黄色葡萄球菌，其中TESET26灭菌效果更佳。除此之外，两者对耐万古霉素屎肠球菌(VRE)均具有良好的杀灭作用。

     ▲TESET对不同革兰氏阳性和阴性细菌的抑制情况(图片来源：参考资料[2])

     TESET不仅对革兰氏阳性细菌有效，对革兰氏阴性细菌也具有很好的抑制能力。鲍曼不动杆菌、肺炎克雷伯菌以及大肠杆菌在TESET26与TESET52的作用下均可以有效杀灭。其中MRSA、VRE、鲍曼不动杆菌、肺炎克雷伯菌是六大超级细菌(ESKAPE)的四个成员，对现有的大部分抗生素具有很强的耐药性。

     这种聚合物不仅可以杀灭细菌，还可以抵抗病毒微生物，表现出广谱的抗微生物功效。水泡性口炎病毒(VSV)、甲型流感病毒均可以在TESET存在下有效灭活，人5型腺病毒(HAd-5)无包膜，因而灭活效果较差，但TESET52仍可以在5分钟内灭活99.997%的HAd-5，与60分钟的光动力灭活手段效果相当。

     ▲TESET对病毒的灭活效果(图片来源：参考资料[2])

     作者还指出，TESET的磺酸根可与金属离子络合，降低其抗微生物活性，但使用盐酸甚至是柠檬汁这类酸性物质进一步处理，又可以使其重新恢复杀灭病原体的能力，因而可根据实际需要对这种材料进行抗微生物活性的调节。TESET的另一个优点是可完全回收，一旦达到使用寿命，可重新溶解并浇铸成型，达到循环使用的目的。此外，聚合物的末端呈疏水状态，因而可通过物理交联的手段对其固定，方便使用。

     基于以上种种优势，我们相信这种聚合物有望在生物医学材料、食品包装以及智能纺织品等领域得到大力的推广应用。

     题图来源：Unsplash

     参考资料

     [1] About Antimicrobial Resistance. Retrieved Aug 14, 2019, from https://www.cdc.gov/drugresistance/about.html [2] Bharadwaja S. T. Peddinti et al., (2019). Inherently Self-sterilizing Charged Multiblock Polymers that Kill Drug-resistant Microbes in Minutes. Mater. Horiz., DOI: 10.1039/c9mh00726a[3] Sulfonated Polymer Kills Drug-resistant Microbes in Minutes. Retrieved Aug 14, 2019, from https://www.chemistryworld.com/news/sulfonated-polymer-kills-drug-resistant-microbes-in-minutes/3010798.article

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