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陜科大王學(xué)川/黨旭崗《ACS AMI》：具有優(yōu)異生物相容性、不可浸出性和聚合物混溶性的生態(tài)友好型纖維素基抗菌聚合物
2023-10-24  來(lái)源：高分子科技

  近日，陜西科技大學(xué)生物質(zhì)與功能材料研究所王學(xué)川教授/黨旭崗副教授報(bào)道了一種具有優(yōu)異的生物相容性，不可浸出性和聚合物混溶性生態(tài)友好型纖維素基非離子抗菌聚合物。該纖維素基非離子抗菌聚合物不僅實(shí)現(xiàn)了天然生物資源的可持續(xù)和高價(jià)值利用，并為發(fā)展綠色生物質(zhì)基抗菌材料提出了新的建議。相關(guān)研究成果發(fā)表于國(guó)際材料科學(xué)領(lǐng)域著名期刊ACS Applied Materials & Interfaces。


  隨著石油化工技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的石油基合成聚合物被廣泛運(yùn)用在各個(gè)領(lǐng)域(傷口敷料、醫(yī)療器械、食品包裝)。然而，石油基聚合物的廣泛應(yīng)用已引發(fā)了日益嚴(yán)重的環(huán)境污染和人類(lèi)健康問(wèn)題，促使科學(xué)家不斷尋找環(huán)保和安全的替代品。纖維素作為一種豐富的天然生物質(zhì)有機(jī)高分子材料，基于其良好的性能（成膜、可生物降解及生物相容性等），可用以解決目前人類(lèi)所面臨的許多問(wèn)題。


  基于此，本研究主要利用天然纖維素（MCC）良好的可再生性、生物相容性、生物降解性和成膜特性等，以及吲哚衍生物良好的快速反應(yīng)性、無(wú)毒性和抗菌特性，通過(guò)可持續(xù)簡(jiǎn)易一鍋法制備了兩種富含末端吲哚基團(tuán)的新型纖維素基抗菌聚合物(MIPA和MICA)。所制得的MICA和MIPA具有高熱穩(wěn)定性(Tmax > 300)和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg > 90)以及良好的溶解度(可溶于極性非質(zhì)子有機(jī)溶劑)、細(xì)胞活性和殺菌性能。此外，MICA和MIPA與PVA具有良好的混溶性，所制備的復(fù)合膜具有良好的熱穩(wěn)定性、相相容性、透明性和力學(xué)性能。由此可知，MICA和MIPA作為新型環(huán)保型可溶性非離子抗菌材料，不僅具有良好的溶解度、殺菌性能和生物相容性，而且可以有效實(shí)現(xiàn)天然纖維素資源的高價(jià)值利用，替代傳統(tǒng)不可降解的石油材料，有望在醫(yī)療器械、食品包裝等領(lǐng)域得到應(yīng)用，為發(fā)展綠色生物質(zhì)基抗菌材料提出了新的建議。 


圖1展示了MICA和MIPA的合成機(jī)理及性能特征示意圖。 


圖2展示了新型可溶性纖維素基抗菌材料MICA和MIPA的抗菌效果。所制備的MICA和MIPA對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌表現(xiàn)出了良好的抗菌性能，SEM圖像表明PVA-MICA和PVA-MIPA膜上所的接種細(xì)菌細(xì)胞膜均受到了明顯的破壞。可知，PVA-MICA和PVA-MIPA膜具有良好的抑制細(xì)菌生長(zhǎng)和破壞細(xì)菌細(xì)胞膜的能力。 


圖3展示了新型可溶性纖維素基抗菌材料MICA和MIPA與PVA的非浸出性與相相容性，形成的PVA-MICA和PVA-MIPA薄膜表面保持了連續(xù)的光滑結(jié)構(gòu)，顯示出PVA、MICA和MIPA之間良好的相容性和成膜透明性。 


圖4. PVA-MICA膜與PVA-MIPA膜的生物相容性


  該研究成果以Eco-Friendly Cellulose-Based Nonionic Antimicrobial Polymers with Excellent Biocompatibility, Nonleachability, and Polymer Miscibility發(fā)表于國(guó)際材料領(lǐng)域著名期刊ACS Applied Materials & Interfaces（DOI: 10.1021/acsami.3c10902）。陜西科技大學(xué)碩士研究生余珍福為該論文的主要完成人，通訊作者是陜西科技大學(xué)生物質(zhì)與功能材料研究所黨旭崗副教授。


  原文鏈接： https://doi.org/10.1021/acsami.3c10902

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