石墨烯涂层缓释技术有望高效对抗手术植入物的细菌感染

与医疗植入物相关的细菌感染,给全球患者和医疗保健行业都带来了巨大的负担。好消息是,近日发表在《科学报告》期刊上的一篇文章,就介绍了瑞典查尔姆斯理工大学研究人员开发的一种新型感染预防方法 ——只需将不溶于水的杀菌分子涂覆在基于石墨烯的材料上,并使分子以连续、受控的方式从材料中释放出来。(图自:CT

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  与医疗植入物相关的细菌感染,给全球患者和医疗保健行业都带来了巨大的负担。好消息是,近日发表在《科学报告》期刊上的一篇文章,就介绍了瑞典查尔姆斯理工大学研究人员开发的一种新型感染预防方法 —— 只需将不溶于水的杀菌分子涂覆在基于石墨烯的材料上,并使分子以连续、受控的方式从材料中释放出来。

  (图自:CTH / Yen Strandqvist)

  研究一作,查尔姆斯大学生物与工程系研究员 Santosh Pandit 表示:“该方法的原理很是浅显易懂,且我们将活性分子与石墨烯结合的方式也非常简单,能够轻松整合到现有的工业制造流程中”。

  Santosh Pandit(图自:CTH / Johan BoDELL

  据悉,某些细菌会在外科植入物上形成难以穿透的表层生物膜,包括牙科和其它骨科植入手术在内,其已成为了全球医疗保健行业不得不面对的一个主要问题。

  研究配图 – 1:石墨烯与涂层材料的效果对照

  这种生物膜较其它细菌更具抵抗力,因而难以通过常规手段进行治疗。它往往会给患者带来巨大的痛苦,在极端情况下,甚至需要彻底移除或更换植入物。

  研究配图 – 2:石墨烯涂层材料的缓释模式

  该校生物工程系研究员 SantoshPandit 补充道:除了对患者的影响,植入物细菌感染还给医疗保健行业造成了巨大的成本压力。

  研究配图 – 3:两种细菌暴露于不同药物浓度下的生长状况

  据悉,目前已有多种不溶于水(疏水性)的药物和分子可投入到抗菌治疗中。但要让它们在人体内发挥疗效,还必须将之附着在一种基础材料上。

  研究配图 – 4:生物膜抑制效果的对比测量

  通常情况下,这种材料制造起来相当困难且费力,因而成本一直居高不下。好消息是,CTH 研究团队成功地将不溶于水的抗菌分子与石墨烯结合,并让分子以受控的方式,从材料中缓慢释放出来。

  研究配图 – 5:扫描电镜显微图像

  Santosh Pandit 指出:“石墨烯为与疏水分子或药物相互作用提供了巨大的潜力,当我们创造新材料时,就利用了石墨烯的这些特性。最终在超声波的帮助下,成功地将它与抗菌分子高效地结合到了一起”。

  研究配图 – 6:细菌生物膜 96 小时生存能力

  据悉,实验中使用了从地衣中提取的松萝酸来涂覆石墨烯材料。先前的研究表明,其具有良好的杀菌特性。具体说来是,它能够阻止细菌形成核酸,特别是抑制 RNA 合成,从而阻断细菌细胞内蛋白质的产生。

  研究配图 – 7:石墨烯-UA 涂层的抗生物膜活性

  实验期间,研究团队在被金黄色葡萄球菌和表皮葡萄球菌感染的模拟材料上进行了测试,这两种细菌在医疗植入物上形成的生物膜也特别常见,结果让人感到欣喜。

  由于将疏水分子与石墨烯结合的工艺流程十分简单,且缓释作用能够长期抑制细菌形成生物膜,未来这项技术将在植入物感染和预防上发挥更大的作用。

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