「科研快报」具有强效抗菌和抗病毒活性的阳离子聚合物涂层棉织物

原创Shen GZ 抗菌科技圈

第一作者：Qiaohua Qiu, Chuan Yang

通讯作者：Xiaohong Qin, Yi Yan Yang

通讯单位：新加坡生物工程和生物成像研究所，东华大学

研究速览：

近期，研究人员在学术期刊Biomaterials 上发表了有关抗菌和抗病毒活性的硅烷功能化阳离子聚合物（polyionenes）涂覆棉织物的研究工作。细菌和病毒感染给医疗保健行业造成了巨大的负担，所以开发抗菌棉织物对预防细菌和病毒传播尤为重要。Polyionenes是一类高效阳离子聚合物抗菌和杀病毒材料。基于此，该工作人员研发了一系列硅烷化polyionenes并将其涂覆在棉织物上，该织物对各种类型的病原微生物表现出广谱抗菌活性，能够有效的杀死99.999%的细菌和杀灭107 PFU（噬斑形成单位数）的病毒。此外，该棉织物洗涤50次后，抗菌效果仍超过92%。硅烷化polyionenes是一种很有前景的抗菌和抗病毒涂层材料，可用于棉织物和其他应用，预防微生物和病毒感染。

要点分析：

要点一： 本文设计和开发了一系列硅烷化polyionenes涂覆的棉织物，它们对各种类型的病原微生物表现出广谱抗菌活性。研究表明，硅烷化polyionenes涂覆的棉织物可以通过静电作用吸附细菌，并破坏细胞膜导致其死亡。结果表明，棉织物的5分钟内可以杀灭大于99%的大肠杆菌和白色念珠菌菌落，并且在15分钟内可以杀灭所有的微生物细菌，其抑制菌群生长的最低聚合物的浓度（MIC值）为3.91，具有快速杀菌/灭毒性能。

要点二：硅烷化polyionenes是通过共价键涂覆在棉织物，具有持久稳定性和循环使用性。在50次洗涤后，硅烷化阳离子polyionenes涂覆的棉织物仍具有较高的抗菌活性，抗菌效率仍达到92%。

图文导读

图1：(a)和(b)分别为大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的FE-SEM图像。 (c)和(d)分别为硅烷化polyionenes处理2 h后大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的FE-SEM图像。(e) polyionenes抗菌作用示意图。

图2: 原始棉(a)和polyionenes涂覆的棉织物F1(b), F2(c), F4(d), F5(e)和(f) F6上附着细菌的FESEM图像。

图3: (a) 各种polyionenes涂覆的棉织物对p22噬菌体的抗病毒作用测试。(b) polyionenes涂覆的棉织物对p22噬菌体的PFU（噬斑形成单位数）减少计数。

图4: 各种硅烷化polyionenes涂覆的棉织物洗涤后抗菌性能的研究同，大肠杆菌(a)，金黄色葡萄球菌(b)，白色念珠菌(c)。(d) 各种硅烷化polyionenes涂覆的棉织物涂层对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌圈。(e) 硅烷化polyionenes涂覆的棉织物(F1)洗涤10次、30次、50次后的FE-SEM。

图5: 体外细胞毒性研究:(a)细胞毒性评价示意图。(b) 各种硅烷化polyionenes涂覆的棉织物对L929 (小鼠成纤维细胞)细胞毒性。(c) L929 (小鼠成纤维细胞)与硅烷化polyionenes涂覆的棉织物(F1, F6)培养SEM图像。

结论

本文设计并合成了几种的阳离子聚合物polyionenes，通过硅烷化反应将其涂覆在棉织物表面。研究表明，polyionenes涂覆棉织物通过破坏细菌细胞膜结构，从而有效的杀灭大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌和白色念珠菌，其抗菌效率高达99.999%。另外，硅烷化polyionenes涂覆有棉织物表现出很强的抗病毒活性、可循环使用性（>50次）和良好的细胞相容性。因此，这些硅烷化polyionenes涂覆纺织品在防止微生物和病毒感染方面表现出巨大潜力。

全文链接：https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2022.121470

参考文献：Qiaohua Qiu, Chuan Yang, Yanming Wang, Cherylette Anne Alexander, Guangshun Yi, Yugen Zhang, Xiaohong Qin*, Yi Yan Yang*. Silane-functionalized polyionenes-coated cotton fabrics with potent antimicrobial and antiviral activities. Biomaterials 2022, 284, 121470.