中國在新型納米創(chuàng)可貼研制上取得突破

          納米材料獨特的物理和化學性質使其在復合材料、生物醫(yī)學等領域得到廣泛應用。已經(jīng)有研究結果表明，納米材料在抗菌方面存在巨大潛力，應用前景看好。因為隨著傳統(tǒng)的抗菌材料如抗生素、季銨鹽、消毒劑以及殺菌劑等化學藥物的大量使用，耐藥性原因導致微生物變異種群越來越多，由此引發(fā)的全球性微生物災害事件頻頻發(fā)生。據(jù)WHO的有關統(tǒng)計結果，現(xiàn)有的抗生素在未來10～20年后將喪失其抗菌能力，故研發(fā)和應用新型抗菌材料，是應對未來危機的良方妙計。 
          納米技術的發(fā)展，為解決此問題提供了一條新思路，已經(jīng)有不少納米材料在抗菌作用方面的研究報道，如納米金屬材料(如納米銀等)、納米氧化物(如TiO2、ZnO)、碳納米管以及石墨烯等。近日，中科院長春應用化學研究所曲小剛等人，在石墨烯抗菌研究上取得了新進展，研究結果發(fā)表在ACS Nano上。 
          石墨烯與過氧化氫：兩種值得關注的抗菌材料 
          石墨烯是通過破壞細菌的細胞膜而殺死細胞。石墨烯又可以分為氧化石墨烯(GO)和還原石墨烯，氧化石墨烯納米懸液在與大腸桿菌孵育2 h之后，對其抑制率超過90%，其抗菌性源于對大腸桿菌細胞膜的破壞。毒理學研究結果表明，氧化石墨烯不僅是一種新型的優(yōu)良抗菌材料，而且對哺乳動物細胞產(chǎn)生的細胞毒性很小。譚小芳對功能化石墨烯的生物學效應研究有專門的研究，在此不再贅述。 
          過氧化氫也是一種優(yōu)良的抗菌材料。過氧化氫可以殺死傷口細菌，而且不會造成抗藥性,但濃度需要達到1M，而這種濃度會對健康細胞造成損害。研究人員嘗試使用金屬氧化物納米材料催化分解過氧化氫，使其形成羥基自由基,而羥基自由基是一種比過氧化氫更有效的殺菌劑。這樣，研究人員就可以使用較低濃度的過氧化氫。但構成納米顆粒的材料，自身是對健康細胞有毒性的氧化物，如氧化釩和氧化鐵等。 
          新研究聯(lián)合石墨烯和過氧化氫，殺菌效果顯著 
          中國科學院長春應用化學研究所曲小剛(Xiaogang Qu)將石墨烯與過氧化氫結合起來，有效避免了過氧化氫在殺菌方面的不足。 
          據(jù)C&EN網(wǎng)站2014年6月10日報道，曲小剛等人使用石墨烯量子點(graphene quantum dots)催化分解雙氧水(hydrogen peroxide)，使其產(chǎn)生強而有力的殺菌羥基自由基。在類似于創(chuàng)可貼的繃帶上，含有石墨烯量子點和少量的過氧化氫，即可顯著減少小鼠創(chuàng)傷處的細菌的數(shù)量，相關研究成果2014年5月28日發(fā)表在“ACS Nano”雜志網(wǎng)站上。 
         

          曲小剛等人發(fā)明的涂層可以用于傷口消毒，不必使用抗生素(disinfect wounds without the use of antibiotics)，如圖 1所示。在老鼠背上的傷口處,貼上用石墨烯量子點和低濃度的過氧化氫處理過的“創(chuàng)可貼”，則具有殺菌作用。殺菌作用是石墨烯量子點催化過氧化氫的分解,產(chǎn)生羥基自由基(黃色),穿刺細菌細胞膜所致。 
          新型“創(chuàng)可貼”也沒有可感知的毒性 
          在另一項研究中，曲小剛和韓國國立交通大學(Korea National University of Transportation)、韓國忠南國立大學(Chungnam National University)、韓國漢陽大學(Hanyang University)以及韓國加圖立大學(The Catholic University of Korea)的研究人員合作，在老鼠身上進行實驗，結果表明羧基化(carboxylated)的石墨烯量子沒有可感知的毒性，相關研究結果2013年7月5日已經(jīng)在ACS Nano雜志發(fā)表。 
          為了測試碳納米材料的有效性,研究人員將羧基化石墨烯量子點加入到革蘭氏陽性的金黃色葡萄球菌(gram-positive Staphylococcus aureus)和革蘭氏陰性的大腸桿菌(gram-negative Escherichia coli)兩種類型的細菌懸液中。然后他們確定能夠使90%細菌細胞致死所需的過氧化氫用量，與未經(jīng)處理的細菌懸液用量進行比較。相比之下，未經(jīng)處理的細胞需要的過氧化氫用量要比經(jīng)過處理的細胞更多，經(jīng)過處理的細胞，過氧化氫所需量下降了90%,而且對兩種類型的細菌均是如此。 
          隨后研究人員制備涂有抗菌納米材料的“創(chuàng)可貼”，他們將一個棉襯墊在石墨烯量子點中浸濕,然后在棉襯墊上加100μM的過氧化氫溶液，再將其包裹在老鼠背部的傷口上。但是，作為對照,研究人員僅僅是在棉襯墊滴一些生理鹽水，同樣包裹在另外一些小鼠的傷口上。三天后,將老鼠身上傷口處的繃帶取下來，對細菌進行分析比較，發(fā)現(xiàn)納米材料繃帶上的細菌數(shù)量僅僅是鹽水繃帶上細菌數(shù)量的萬分之一。 
          研究很有前景但還有待深入

          寧波材料技術與工程研究所吳愛國(Aiguo Wu of the Ningbo Institute of Materials Technology & Engineering)研究員說，盡管這樣的結果是很有開發(fā)前景,但是在此“創(chuàng)可貼”用于人體臨床試驗之前，需要對石墨烯量子點進行長期的毒理學研究。吳愛國也認為這些“創(chuàng)可貼”應該對其他細菌,如對青霉素耐藥性細菌進行試驗，檢查其殺菌效果如何。新加坡南洋理工大學的陳元(Yuan Chen of Nanyang Technological University)教授則認為，采用石墨烯量子點作為 催化劑激活過氧化氫使其分解的確是一種新奇的想法。他想知道是否這些石墨烯量子點也可以用來激活其他抗菌藥物。當然對于各種猜測與推理都需要時間，進行更多的、更深入的相關研究之后才有可能得出結論，讓我們拭目以待吧。