近日，青島大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院叢海林教授課題組報道了在多功能陽離子抗菌水凝膠領(lǐng)域的最新研究成果。
抗生素的濫用引起的抗藥性問題一種困擾著人們的生活。抗菌水凝膠的出現(xiàn)為解決抗生素抗藥性問題開辟了新道路。目前大部分抗菌水凝膠通常是封載有抗菌藥物或者抗菌金屬納米顆粒的水凝膠，但這類抗菌水凝膠仍然無法阻止細菌耐藥性的產(chǎn)生，同時還會增加由于內(nèi)臟中金屬離子聚集引發(fā)病變的風(fēng)險。另外傳統(tǒng)抗菌水凝膠機械性能差的缺陷也限制了其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。因此研發(fā)一種兼具高抗菌效率、生物相容性和自愈合性好的抗菌水凝膠迫在眉睫。
針對這一問題，叢海林教授課題組設(shè)計了一種四氫嘧啶基陽離子抗菌聚合物，并以該聚合物為骨架通過席夫堿反應(yīng)與聚香草醛丙烯酸酯交聯(lián)，最終得到一種可注射、自愈合、具有良好生物相容性的高效抗菌水凝膠材料（圖1）。
圖1 水凝膠材料的設(shè)計思路以及應(yīng)用方案
此項研究發(fā)現(xiàn)四氫嘧啶結(jié)構(gòu)對微生物表現(xiàn)出靈敏的抑制性，且將小分子制備為聚合物后抑菌性能并沒有消失。將其與多醛基聚合物混合制備為水凝膠后，對各類微生物特別是金黃色葡萄球菌有明顯殺滅性能。實驗結(jié)果表明，通過席夫堿反應(yīng)交聯(lián)的水凝膠一直處于斷裂-形成的動態(tài)平衡中，在局部可以將組織連接包裹，減少化膿菌對皮膚組織的破壞。該水凝膠具有良好的接觸殺菌能力，具備可注射性以及自愈合性。此外，生物相容性、體內(nèi)代謝能力也十分令人滿意。小動物體內(nèi)實驗表明，四氫嘧啶水凝膠能夠阻止化膿性菌在皮下的惡化，高效殺滅已經(jīng)局部侵入體內(nèi)的金黃色葡萄球菌，同時未產(chǎn)生明顯的毒副作用，凝膠注射部具有較高的肉芽組織厚度和膠原分布。
圖2 四氫嘧啶水凝膠的抗菌機理
該水凝膠從減少抗生素使用的角度出發(fā)，避免了耐藥性的產(chǎn)生，同時為皮下細菌感染的治療提供了一種新的思路。研究成果以“Poly-tetrahydropyrimidine Antibacterial Hydrogel with Injectability and Self-Healing Ability for Curing the Purulent Subcutaneous Infection”為題發(fā)表在國際期刊《ACS?Applied Materials & Interfaces》?上。論文第一作者為碩士研究生田永昌和博士后龐龍，叢海林教授為論文通訊作者。
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doi: 10.1021/acsami.0c13822
