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合工大研发纳米银高效抗菌喷剂,速效灭菌不产生抗药性

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3月5日记者从合肥工业大学(合工大)获悉,该校化学与化工学院教授何涛和食品与生物工程学院教授查正宝合作,成功研发了一种具有弱酸响应重组功能的银纳米簇水分散液,喷涂至伤口后可实现耐药性细菌感染的高效靶向治疗,在消灭细菌的同时不产生抗性细菌,并由此提出了一种纳米银高效抗菌新策略。


相关成果以“Ag Nanoparticles Cluster with pH-Triggered Re-assembly in Targeting Antimicrobial Applications”为题在线发表在Wiley期刊《先进功能材料》(Advanced Functional Materials,影响因子15.621)上。


细菌感染,尤其是耐药菌感染对人类健康和社会医疗卫生体系的威胁日益严重,而传统抗生素的不规范使用易诱使细菌产生耐药性。对抗生素产生抵抗力的细菌感染已成为公共卫生的最大挑战之一,迫切需要开发更有效的抗菌材料和方案。

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根据《2017年度抗菌产业研究报告》,中国抗菌产业的规模已经超1500亿元,其中抗菌纺织品产业占比最高,抗菌建材、抗菌日用品和抗菌家电次之,预计2020年国内抗菌材料市场规模将达2000亿元。其中,银系抗菌材料市场份额超过90%依然被东亚合成、陶氏杜邦等日美化工企业占据。


纳米银的粒径一般在25nm左右,对大肠杆菌、淋球菌、沙眼衣原体等数十种致病微生物具有强烈抑制和杀灭作用。目前学界普遍认同的抑菌原理是,纳米银本身会与氧化生产的银离子协同作用,与细胞壁功能蛋白上的负电基团结合,改变细胞壁细胞膜透过性并进入细胞质。在细胞质中,银离子与呼吸蛋白酶中的硫醇基特异结合,诱发蛋白变性失活,从而抑制病菌呼吸作用;同时纳米银与银离子还能干扰病菌遗传信息的复制及转录,进而阻碍病菌增殖。总体而言,银系抗菌材料具有安全、持久、不易产生耐药性、适用面广等特性。




图1.具有pH响应的Ag纳米簇的高效抗菌

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为实现耐药菌感染的高效治疗,科研人员采用弱酸响应的原酸酯类聚合物作为稳定剂,原位还原硝酸银制备了尺寸均匀的银纳米簇(AgNCs)。研究发现,该银纳米簇暴露在细菌的酸性微环境时会快速解离成疏水的银纳米颗粒,瞬时释放大量银离子实现速效灭菌。随后银纳米颗粒在细菌附近实现再组装,靶向聚集在细菌表面,长效释放银离子以实现持续性杀菌。




图2.具有pH响应的Ag纳米簇促进伤口愈合及其较低的毒副作用


与无响应性的通常纳米银相比,银纳米簇的弱酸响应重组效应极大地提高了对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)和大肠杆菌(E. coli)的靶向抗菌活性,同时降低了银的使用量。

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实验结果表明,对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌的最低抑菌浓度和最低杀菌浓度分别低至4微克/毫升和32微克/毫升;对大肠杆菌的最低抑菌浓度和最低杀菌浓度分别低至8微克/毫升和32微克/毫升。该银纳米簇水分散液可喷涂在皮肤创伤表面,对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌感染的伤口愈合效果显著。


该项工作得到了国家自然科学基金、安徽省高校协同创新基金以及中央高校基本科研业务费、等项目的资助。