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廣西大學林寶鳳教授團隊 CEJ：新型淀粉基乙醇凝膠用于切斷細菌在公共場所的接觸傳播

2023-08-26 來源：高分子科技

社交活動引發的細菌接觸傳播具有隱蔽性和不可控性，特別人群觸碰公共場所的電梯按鈕和扶梯時，此類特定位置上的細菌將會在人群中廣泛傳播。盡管大量噴灑消毒劑可暫時滅殺公共場所中所附著的細菌，但是隨著消毒劑的快速揮發和人類社交活動的進行，新一輪的細菌傳播也隨著發生。因此，開發一種消毒劑可控釋放的載體，按照人類的需求釋放消毒劑對公共場所特定位置進行消毒，這對抑制細菌在公共場所的接觸傳播有著重要的意義。

針對上述問題，廣西大學林寶鳳教授團隊以天然高分子淀粉為原料，采用有機酸在不同溫度下對淀粉進行分解，獲得了具有多尺度結構的吡喃糖分子，而后用草酸對其酯化，并制備了多尺度吡喃糖酯。該方法巧妙利用了多尺度吡喃糖酯與乙醇之間的強氫鍵作用，成功構建了一種可強鎖定和可控釋放乙醇的新型淀粉基乙醇凝膠（MSE）。重要的是，MSE僅可通過按壓釋放乙醇，而當手指施加在MSE上的壓力大于2.263N時，釋放的乙醇對手指上的菌液（金黃色葡萄球菌和大腸桿菌）的抑菌率可達到95.76%。對比75%的乙醇消毒液和商用乙醇凝膠，MSE在維持公共場所特定位置無菌3日時消耗的乙醇用量可分別減少571和225倍。由于兼具粘附性和生物相容性，本工作為更好地抑制細菌的接觸傳播提供了新的思路。該工作以“A novel starch-based ethanol gel with contact-killing bacteria to cut off contact transmission of bacteria”為題發表在國際著名期刊《Chemical Engineering Journal》上（影響因子15.1）。該論文的通訊作者為廣西大學化學化工學院林寶鳳教授，第一作者為2020級博士研究生魏福祥。該研究得到國家自然科學基金（22175045）和廣西自然科學基金重點項目（2021GXNSFDA220005）的支持。

圖1. 淀粉基乙醇凝膠制備與其接觸抗菌的示意圖。

圖2. 分解淀粉為多尺度小分子。（a）通過淀粉制備多尺度吡喃糖的示意圖。（b）草酸110°C、130°C和150°C時分解淀粉后的分子量分布曲線。（c）分解產物的峰值分子量、重均分子量和數均分子量。（d）原淀粉與分解產物溶液的圖片以及向它們添加I-KI溶液后的圖片。（e）添加I-KI后，原淀粉與分解產物的紫外圖譜。（f和g）淀粉與分解產物的熱重和DTG曲線。

圖3. 合成多尺度吡喃糖酯和制備乙醇凝膠。（a）合成多尺度吡喃糖酯和制備乙醇凝膠的示意圖。（b和c）多尺度吡喃糖酯的紅外和核磁譜圖。(d)乙醇凝膠流動相混合重鉻酸鉀后的紫外曲線。（e）乙醇流動相的核磁譜圖。(f)乙醇凝膠的X射線光電子能譜的碳譜譜圖。(g)乙醇凝膠的掃描電鏡圖。

圖4. 乙醇凝膠的接觸抗菌性測試。（a）接觸抗菌測試流程圖。（b和c）手指不同壓力按壓乙醇凝膠后對手指菌液（大腸桿菌和金黃色葡萄球菌）的抑菌率。

圖5. 乙醇的減量供應。（a和b）乙醇凝膠、75%乙醇溶液和商業乙醇凝膠放置不同時間后處理大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的菌落圖。（c和d）乙醇凝膠、75%乙醇溶液和商業乙醇凝膠放置不同時間后對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率。（e）乙醇凝膠、75%乙醇溶液和商業乙醇凝膠的抗菌時效性。（f和g）乙醇凝膠、75%乙醇溶液和商業乙醇凝膠涂覆在4 cm x 3.8 cm的電梯按鈕上的用量。（h）維持4 cm x 3.8 cm的電梯按鈕3日內無菌所需要的乙醇凝膠、75%乙醇溶液和商業乙醇凝膠用量。

在這項工作中，以天然高分子淀粉為原料，該團隊成功地制備了一種可通過接觸抗菌抑制細菌接觸傳播的新型淀粉基乙醇凝膠。草酸在不同溫度下分解淀粉制備了多尺度吡喃糖，并創造了高羥基環境。隨著草酸引入多尺度吡喃糖，進一步合成了與乙醇有強氫鍵作用的多尺度吡喃糖酯。基于此，多尺度吡喃糖酯可將乙醇鎖定為凝膠，并可抑制乙醇的揮發。通過水分和壓力刺激，被鎖定的乙醇可釋放至手指達到消毒、滅菌的效果。該方法下的乙醇凝膠可將公共場所中潛在的抑菌傳播源轉化為細菌滅活點。因此，本工作所制備的乙醇凝膠有望被投放至公共場所，在抑制細菌接觸傳播上擁有廣闊的前景。

原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894723041657

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（責任編輯：xu）

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