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洛桑聯邦理工學院Francesco Stellacci、Harm-Anton Klok課題組《ACS Sustain. Chem. Eng.》：木質素——一種抗病毒涂層材料

2022-10-16 來源：高分子科技

許多病毒性疾病可以通過接觸污染的物體表面傳播。盡管利用消毒劑進行表面消毒可以有效地預防，但由于其需要消耗勞動力資源并且在實際情況下很多公共場所不能做到頻繁消毒，因此開發抗病毒涂層材料有助于解決這一問題。傳統的抗病毒材料主要基于金屬離子和結構復雜的合成高分子材料，即便能夠有效滅活病毒，在大規模應用時也會遇到一定的困難：例如金屬離子通常有生物毒性、合成高分子的環境污染和不可持續性等。開發成本低廉、環境友好的抗病毒涂層材料，是當前研究中的重點難點。

近日，洛桑聯邦理工學院的Francesco Stellacci課題組和Harm-Anton Klok課題組合作報道了一種基于木質素的抗病毒涂層，通過1，4-二氧六環溶解工業提取的木質素并使用旋涂法制備的表面涂層，能夠實現99%滅活單純皰疹病毒二型（HSV-2）；通過分析木質素的化學組成及設計對照試驗，證明了酚羥基自氧化過程中生成的活性氧滅活了病毒。相關研究成果以“Lignin: A Sustainable Antiviral Coating Material”為題發表在《ACS Sustainable Chemistry&Engineering》上。

作者首先選取了幾種常見的工業木質素，以及Jeremy S. Luterbacher等人近期報道的對苯二甲醛法提取的羥基化木質素（https://doi.org/10.1039/D1GC00358E），用旋涂法制備了一系列均一性、耐水性好的木質素涂層（圖1）。

圖1. 木質素涂層的制備與材料性質表征

為了測試木質素涂層的抗病毒性能，作者以HSV-2為例測試了病毒在兩種實際條件下（即是否允許病毒液自然蒸發）在木質素涂層上的存活時間（圖2）。結果表明蘇打木質素及TALD-APH木質素具有很好的滅活病毒能力：在允許病毒液自然蒸發的條件下，蘇打木質素涂層僅在30分鐘內即可滅活超過99%的病毒。

圖2. 木質素涂層的抗病毒性能

為了研究木質素涂層的抗病毒原理，作者提出木質素酚羥基自氧化過程中生成的中間產物活性氧（reactive oxygen species, ROS）可能參與了滅活病毒。為驗證這一機理，考慮到抗壞血酸能夠中和活性氧，木質素在無氧條件下不能被氧化，以及有文獻報道過光照能夠促進木質素酚羥基的氧化，作者采用蘇打木質素涂層，分別在加入抗壞血酸、氮氣氣氛、遮光三種條件下進行了病毒存活測試。結果（圖3）表面在上述三種條件下木質素涂層的抗病毒性能大大降低，與提出的機理相吻合。為了進一步驗證木質素涂層在實驗條件下能夠產生活性氧，作者利用FOX試劑測定了一般環境下、50 mW/cm²光照及黑暗中過氧化氫的生成；結果表明酚羥基含量較多的兩種木質素（蘇打木質素、TALD-APH木質素）產生了較多的過氧化氫，進一步說明了木質素酚羥基氧化過程中有活性氧中間體的生成。

圖3. 驗證活性氧滅活病毒機制

最后，作者展示了木質素涂層的穩定性：在室溫下遮光和自然光照射下的蘇打木質素涂層，保存6個月后的抗病毒性能并未減弱。此外與常見的抗病毒涂層（鍍銀涂層）相比，蘇打木質素的抗病毒性能略勝一籌。

本研究首次報道了工業木質素無需經過任何化學修飾即可直接用于制備抗病毒涂層，并且在HSV-2上展現出了優異的抗病毒性能；簡要闡述了木質素涂層的抗病毒機制，為開發環境友好型抗病毒涂層提供了一定思路。遺憾的是，盡管木質素涂層能夠有效滅活HSV-2，但無法有效滅活流感病毒和新冠病毒；作者推測這可能是流感病毒和新冠病毒對活性氧的穩定性較高，而木質素的自氧化并不能夠提供足夠高的活性氧濃度。

洛桑聯邦理工學院材料科學與工程系的博士生Alice Boarino和王鶴云為論文的共同第一作者，Harm-Anton Klok教授和Francesco Stellacci教授為共同通訊作者。論文得到瑞士國家科學基金會（SNSF）和歐盟“地平線2020”計劃（EU H2020）的資助。

原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.2c04284

Francesco Stellacci課題組簡介：

洛桑聯邦理工學院（EPFL）Francesco Stellacci課題組（https://www.epfl.ch/labs/sunmil/）專注于廣譜抗病毒分子的設計、納米材料及蛋白質相互作用的表征、細胞內藥物遞送、高分子材料回收、食品科學等領域。課題組近期招聘啟事：https://www.epfl.ch/labs/sunmil/open-positions/

Harm-Anton Klok課題組簡介

洛桑聯邦理工學院（EPFL）Harm-Anton Klok課題組（https://www.epfl.ch/labs/lp/）專注于聚合物表界面、高分子納米藥物等領域。

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（責任編輯：xu）

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