根据民间传说,银弹可以杀死狼人,但事实上,研究人员一直在寻找利用这种金属来对抗细菌。英属哥伦比亚大学(University of British Columbia)的科学家们现在已经开发出一种用于植入医疗设备的长效银离子释放涂层,在大鼠实验中进行测试时,这种涂层既能防止细菌粘附在植入物上,也能杀死微生物。

Dirk Lange博士、Jayachandran Kizhakkedathu博士及其同事在ACS科学杂志上描述了这种新型银基成膜抗菌工程(SAFE)涂层的发展。他们报告说,这种涂层可以通过单步浸渍、喷涂或溶液剥皮工艺应用,无毒,并能使不同类型的表面和医疗设备持续、长期地释放银,从而阻止细菌粘附在这些材料上超过30天。在他们的论文题为“耐用的表面成膜银长期零组件细菌粘附没有毒性,”他们总结道,“涂层显示广谱antibiofilm活动,能够防止感染的大鼠感染模型,和被发现高度生物相容性体外和体内没有银色的毒性。目前的涂层有望广泛应用于各种医疗设备和植入物,以防止植入物/设备相关的感染。”

植入的医疗设备,如用于伤口或膀胱引流的管道,或直接将药物输送到血液中的管道,可能很快就会被细菌占领,从而产生危险的感染风险。作者写道:“考虑到商业上可用的留置医疗设备的表面很容易细菌定植和生物膜形成,将它们植入体内会有很高的感染风险。”

研究人员一直致力于开发除菌涂层,包括那些含有银的涂层,银可以杀死微生物。研究小组解释说:“银是一种广泛使用的抗菌剂,它具有强大的杀菌能力,提高了对微生物耐药性的保护,可以从经济的前体制备。”然而,迄今为止,使用各种潜在方法的努力,面临着无数的挑战。Lange及其同事指出:“长期防止留置医疗设备表面生物膜的形成仍然是一个挑战。目前的抗生素膜涂层技术,包括防污涂层、接触杀灭表面和抗生素/杀菌剂释放涂层,不能长期防止细菌附着和生物膜形成(>7天)。”

银对人体细胞也有毒害作用,例如,很难制造一种涂层,长期持续地释放少量的金属。“近年来,由于其无可争议的杀菌能力,银被重新用于对抗生物膜的形成,”该团队继续说,“然而,目前的银涂层的毒性、低稳定性和短期活性限制了它们的使用。”

Lange, Kizhakkedathu和他的同事们想要找到一种含银的配方来克服这些和其他困难。为了开发一种简单易用的涂层,该团队筛选了许多组成分,他们可以在一个步骤中应用到一个表面。最有效的配方包括硝酸银、多巴胺和两种亲水聚合物。这种SAFE涂层形成了稳定的含银组件,在实验室测试中逐渐释放出银离子。他们解释说:“涂层成分是通过库筛选方法确定的,有四种不同的成分提供表面结合、稳定性、抗粘附和抗菌性能。”详细的表面分析提供了有关纳米结构形成、自组装过程、薄膜形成和涂层稳定性的机械信息。

一种新型的银涂层(如上图所示)可以防止细菌粘附在医疗设备上。(Hossein Yazdani-Ahmadabadi)

当暴露在导致严重感染的八种最常见细菌中超过28天时,新的涂层配方有效地阻止了微生物。它以一种独特的方式做到了这一点:既将细菌从表面赶走,又用银离子杀死它们。“与对照样品相比,SAFE涂层被发现完全抑制革兰氏阴性菌(大肠杆菌)和革兰氏阳性菌(S. sapprophyticus)的生物量沉积,显示了其优秀的长期活性,”研究人员报告说。

在体内试验中,研究小组将SAFE涂层应用于钛植入物的表面,然后将其置于大鼠的皮肤下。一周后,研究人员发现,与那些使用“control-Ag”涂层的植入物相比,带有涂层的植入物的细菌显著减少。此外,没有迹象表明对大鼠的组织有毒性。“

SAFE涂层也显得坚韧,在恶劣的条件下进行摩擦和消毒后,几乎没有磨损。研究人员表示,这些特性的结合可能使这种涂层在许多类型的医疗设备和植入物中发挥作用,以长期预防细菌感染。该涂层也可以应用于不同的,一次性浸渍,喷涂和溶液剥皮工艺。科学家们表示:“总的来说,数据表明,不同的材料或医疗设备可以通过不同的涂层方法有效地涂上SAFE成分,这表明了SAFE涂层过程的多功能性。”不同的应用方法确实导致了不同的涂层厚度,科学家们承认,这需要进一步的评估,以确定这是否会影响长期活动。

尽管如此,研究人员总结道:“在这项工作中,我们开发了SAFE组件,其形成的银涂层具有长期的无细菌粘附(>30天),且无银毒性,在体外和体内均得到了验证。SAFE组件通过适应性强的一步浸渍、喷涂或‘溶液剥皮’涂层工艺,在各种表面和医疗设备上形成了具有持续长期释银、优异表面覆盖和高机械耐久性的彩色表面涂层。”