针对上述问题,广西大学林宝凤教授团队以天然高分子淀粉为原料, 采用有机酸在不同温度下对淀粉进行分解,获得了具有多尺度结构的吡喃糖分子,而后用草酸对其酯化,并制备了多尺度吡喃糖酯。该方法巧妙利用了多尺度吡喃糖酯与乙醇之间的强氢键作用,成功构建了一种可强锁定和可控释放乙醇的新型淀粉基乙醇凝胶(MSE)。重要的是,MSE仅可通过按压释放乙醇,而当手指施加在MSE上的压力大于2.263N时,释放的乙醇对手指上的菌液(金黄色葡萄球菌和大肠杆菌)的抑菌率可达到95.76%。对比75%的乙醇消毒液和商用乙醇凝胶,MSE在维持公共场所特定位置无菌3日时消耗的乙醇用量可分别减少571和225倍。由于兼具粘附性和生物相容性,本工作为更好地抑制细菌的接触传播提供了新的思路。该工作以“A novel starch-based ethanol gel with contact-killing bacteria to cut off contact transmission of bacteria”为题发表在国际著名期刊《Chemical Engineering Journal》上(影响因子15.1)。该论文的通讯作者为广西大学化学化工学院林宝凤教授,第一作者为2020级博士研究生魏福祥。该研究得到国家自然科学基金(22175045)和广西自然科学基金重点项目(2021GXNSFDA220005)的支持。
图5. 乙醇的减量供应。(a和b)乙醇凝胶、75%乙醇溶液和商业乙醇凝胶放置不同时间后处理大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的菌落图。(c和d)乙醇凝胶、75%乙醇溶液和商业乙醇凝胶放置不同时间后对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率。(e)乙醇凝胶、75%乙醇溶液和商业乙醇凝胶的抗菌时效性。(f和g)乙醇凝胶、75%乙醇溶液和商业乙醇凝胶涂覆在4 cm x 3.8 cm的电梯按钮上的用量。(h)维持4 cm x 3.8 cm的电梯按钮3日内无菌所需要的乙醇凝胶、75%乙醇溶液和商业乙醇凝胶用量。 在这项工作中,以天然高分子淀粉为原料,该团队成功地制备了一种可通过接触抗菌抑制细菌接触传播的新型淀粉基乙醇凝胶。草酸在不同温度下分解淀粉制备了多尺度吡喃糖,并创造了高羟基环境。随着草酸引入多尺度吡喃糖,进一步合成了与乙醇有强氢键作用的多尺度吡喃糖酯。基于此,多尺度吡喃糖酯可将乙醇锁定为凝胶,并可抑制乙醇的挥发。通过水分和压力刺激,被锁定的乙醇可释放至手指达到消毒、灭菌的效果。该方法下的乙醇凝胶可将公共场所中潜在的抑菌传播源转化为细菌灭活点。因此,本工作所制备的乙醇凝胶有望被投放至公共场所,在抑制细菌接触传播上拥有广阔的前景。