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陜科大王學川/黨旭崗《ACS AMI》：具有優異生物相容性、不可浸出性和聚合物混溶性的生態友好型纖維素基抗菌聚合物

2023-10-24 來源：高分子科技

近日，陜西科技大學生物質與功能材料研究所王學川教授/黨旭崗副教授報道了一種具有優異的生物相容性，不可浸出性和聚合物混溶性生態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現了天然生物資源的可持續和高價值利用，并為發展綠色生物質基抗菌材料提出了新的建議。相關研究成果發表于國際材料科學領域著名期刊ACS Applied Materials & Interfaces。

隨著石油化工技術的發展，越來越多的石油基合成聚合物被廣泛運用在各個領域(傷口敷料、醫療器械、食品包裝)。然而，石油基聚合物的廣泛應用已引發了日益嚴重的環境污染和人類健康問題，促使科學家不斷尋找環保和安全的替代品。纖維素作為一種豐富的天然生物質有機高分子材料，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所面臨的許多問題。

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性、無毒性和抗菌特性，通過可持續簡易一鍋法制備了兩種富含末端吲哚基團的新型纖維素基抗菌聚合物(MIPA和MICA)。所制得的MICA和MIPA具有高熱穩定性(T_max > 300)和玻璃化轉變溫度(T_g > 90)以及良好的溶解度(可溶于極性非質子有機溶劑)、細胞活性和殺菌性能。此外，MICA和MIPA與PVA具有良好的混溶性，所制備的復合膜具有良好的熱穩定性、相相容性、透明性和力學性能。由此可知，MICA和MIPA作為新型環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，而且可以有效實現天然纖維素資源的高價值利用，替代傳統不可降解的石油材料，有望在醫療器械、食品包裝等領域得到應用，為發展綠色生物質基抗菌材料提出了新的建議。

圖1展示了MICA和MIPA的合成機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對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌表現出了良好的抗菌性能，SEM圖像表明PVA-MICA和PVA-MIPA膜上所的接種細菌細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菌生長和破壞細菌細胞膜的能力。

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的光滑結構，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發表于國際材料領域著名期刊ACS Applied Materials & Interfaces（DOI: 10.1021/acsami.3c10902）。陜西科技大學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生物質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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（責任編輯：xu）

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