中国科学家研发出新型环境友好型抗菌涂层
在各种材料的医学和日常用途中，细菌在表面的粘附和生长是一个普遍存在的问题，严重时能导致全身感染和死亡，因此抗菌材料的使用和研发一直都是人们的关注点。而研发出一类结合多种功能为一体的抗菌材料，往往会带来新的问题，如材料本身的环境毒性和对人体的危害、复杂的化学处理和合成、涂层的稳定性、对材料表面结构的苛刻要求等，从而明显制约了抗菌材料从实验室研究到实际的大规模应用。在上述背景下，以溶菌酶为代表的天然绿色抗菌材料在抗菌领域的研究备受关注。然而，溶菌酶的抗菌性能很大程度上依赖于它的起源和类型，一般来说，最常用的如鸡蛋白溶菌酶（HEWL）对革兰氏阴性细菌和真菌有较差的抗菌活性。更重要的是，溶菌酶在通过复杂的化学或物理改性后，往往易失去活性，并很难与生物材料、医疗器械或者日常商品进行有效而稳定的复合。
针对上述问题，陕西师范大学杨鹏课题组对天然大分子介导的材料表界面功能化进行了系统深入的研究，首次发现了一种新的类淀粉样溶菌酶组装薄膜。他们与南京工业大学李鹏课题组和重庆大学刘鹏合作，发现从鸡蛋中提取的溶菌酶所形成的类淀粉样组装膜具有表面富集的正电性精氨酸和疏水色氨酸等基团，结合类淀粉样聚集体自身的蛋白质多聚效应，可实现对典型的革兰氏阳性菌（金黄色葡萄球菌）、革兰氏阴性菌（大肠杆菌）和真菌（白色念珠菌）高的杀菌活性。体外和体内活体实验表明该材料具有优异的生物相容性和广谱高效的抗菌性能。
图1. 基于类淀粉样溶菌酶组装薄膜 (Phase-Transited Lysozyme Nanofilm) 的抗菌涂层。
图2. 对于不同细菌的破膜表征。
该薄膜内部具有丰富的类淀粉样蛋白聚集体结构，即自体带有高的粘附性，从而可以稳定转移到几乎任意材料表界面。此种复合不依赖于可变的几何形状和基材类型，可保持涂层高的粘附稳定性和持久性。基于此性质，他们成功的将类淀粉样溶菌酶组装膜稳定粘附于日常各种商品（如手机屏幕）、临床器械和生物医学植入物（如导管、导丝、手术刀片和钛钉）等材料表界面。进一步发现该薄膜具有良好的血液和生物相容性，如可支持成骨细胞生长，抗蛋白质非特异性吸附以及抵抗血小板粘附等，从而有望实现绿色抗菌材料的实际大规模应用。
图3. 溶菌酶类淀粉样组装薄膜（右图红色五角星为人为染色后的膜，膜本身为无色透明）在不同材料表面的稳定粘附及杀菌效果。
陕西师范大学化学化工学院杨鹏课题组组建于2012年底，主要致力于蛋白质类淀粉样组装的多功能仿生界面材料及其在表界面功能化中的应用研究。经过几年的努力，已取得了一定的系统性研究成果，已在Macromol. Biosci. (2012, 12, 1053)、Chem. Comm. (2012, 48, 8787)、Chem. Rev.(2013, 113, 5547)、ACS Appl. Mater. Interf. (2014, 6, 3759)、Adv. Mater. Interfaces (2015, 2, 1400401)、Soft Matter (2015, 11, 3094)、Adv. Mater. (2016, 28, 579, VIP paper)、Adv. Mater. (2016, 28, 7414) 等权威学术期刊发表综述和研究论文四十余篇。
南京工业大学先进材料研究院李鹏课题组组建于2016年，其研究方向聚焦于抗菌、抗生物被膜、抗感染高分子材料的设计制备及其在生物医学、污水净化等方向的应用研究。
论文共同第一作者为古金和苏雅娟。合作方还包括重庆大学刘鹏。该课题得到了国家自然科学基金委 (No. 21374057, 51303100, 51673112, 51403173, 51303218) 以及国家重点研发计划(2016YFC1100300) 的资助。
An Environmentally Benign Antimicrobial Coating Based on a Protein Supramolecular Assembly
Jin Gu,a Yajuan Su,a Peng Liu,* Peng Li, * Peng Yang*
ACS Appl. Mater. Interfaces
DOI: 10.1021/acsami.6b13552
Publication Date (Web): 16 Dec 2016
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