图片:Usnic酸(黄色)集成在植入物的石墨烯涂层中，并从其释放出来。usnic酸杀死细菌(绿色)，从而防止它们在表面形成感染性生物膜。
资料来源:Yen Strandqvist/Chalmers理工大学
与医用植入物相关的细菌感染给医疗保健带来了巨大的负担，也给全世界的患者带来了巨大的痛苦。现在，瑞典查尔默斯科技大学的研究人员已经开发出一种新的方法，通过在石墨烯基材料上覆盖杀菌分子来防止这种感染。
“通过我们的研究，我们成功地将不溶于水的抗菌分子与石墨烯结合在一起，并使分子以可控的、连续的方式从材料中释放出来，”查尔默斯大学生物和生物工程系的研究人员Santosh pandit说，也是这项研究的第一作者，该研究最近发表在《科学报告》上。
“这是该方法发挥作用的基本要求。我们将活性分子与石墨烯结合的方法也非常简单，可以很容易地集成到工业流程中。”
某些细菌可以在外科植入物(如牙科和其他骨科植入物)上形成不可穿透的表层或“生物膜”，这是全球医疗保健的一个主要问题。生物膜比其他细菌更有抵抗力，因此感染往往难以治疗，给患者带来极大的痛苦，在最糟糕的情况下，需要移除或更换植入物。除了对病人的影响外，这还会给医疗保健提供者带来巨大的成本。
有多种不溶于水或疏水的药物和分子可用于其抗菌性能。但为了让它们在体内使用，它们必须附着在一种材料上，而这种材料的制造可能是困难的和劳动密集型的。
“石墨烯在与疏水分子或药物相互作用方面提供了巨大的潜力，当我们创建我们的新材料时，我们利用了这些特性。结合抗菌分子的过程是在超声波的帮助下进行的，”Santosh pandit说。
在这项研究中，石墨烯材料被松皮酸覆盖，松皮酸是从地衣中提取的，例如果聚糖地衣。以往的研究表明，松茸酸具有良好的杀菌性能。它的工作原理是阻止细菌形成核酸，特别是抑制RNA合成，从而阻止细胞中的蛋白质生产。
Usnic酸测试了其对致病菌金黄色葡萄球菌和表皮葡萄球菌的耐药性，这两种病原菌是导致医用植入物生物膜形成的常见原因。研究人员的新材料显示出许多有前途的特性。除了成功地将usnic酸整合到石墨烯材料的表面之外，他们还观察到usnic酸分子以可控和连续的方式释放，从而防止表面生物膜的形成。
“更重要的是，我们的结果表明，将疏水分子与石墨烯结合的方法很简单。为生物医学产品更有效的抗菌保护奠定了基础。我们现在正计划进行试验，在这些试验中，我们将探索结合其他具有更大潜力的疏水分子和药物，以治疗或预防各种临床感染，”Santosh pandit说。
从石墨烯涂层中持续释放usnic酸可确保长期的抗生素膜保护
该研究项目由瑞典查尔默斯科技大学生物与生物技术系伊万·米贾科维奇教授的团队负责。它由Formas和瑞典研究委员会资助。
DOIdoi.org/10.1038/s41598 - 021 - 89452 - 5
文章标题Sustained release of usnic acid from graphene coatings ensures long term antibiotic film protection