洛桑联邦理工学院Francesco Stellacci、Harm-Anton Klok课题组《ACS Sustain. Chem. Eng.》：木质素——一种抗病毒涂层材料

2022-10-16 来源：高分子科技

许多病毒性疾病可以通过接触污染的物体表面传播。尽管利用消毒剂进行表面消毒可以有效地预防，但由于其需要消耗劳动力资源并且在实际情况下很多公共场所不能做到频繁消毒，因此开发抗病毒涂层材料有助于解决这一问题。传统的抗病毒材料主要基于金属离子和结构复杂的合成高分子材料，即便能够有效灭活病毒，在大规模应用时也会遇到一定的困难：例如金属离子通常有生物毒性、合成高分子的环境污染和不可持续性等。开发成本低廉、环境友好的抗病毒涂层材料，是当前研究中的重点难点。

近日，洛桑联邦理工学院的Francesco Stellacci课题组和Harm-Anton Klok课题组合作报道了一种基于木质素的抗病毒涂层，通过1，4-二氧六环溶解工业提取的木质素并使用旋涂法制备的表面涂层，能够实现99%灭活单纯疱疹病毒二型（HSV-2）；通过分析木质素的化学组成及设计对照试验，证明了酚羟基自氧化过程中生成的活性氧灭活了病毒。相关研究成果以“Lignin: A Sustainable Antiviral Coating Material”为题发表在《ACS Sustainable Chemistry&Engineering》上。

作者首先选取了几种常见的工业木质素，以及Jeremy S. Luterbacher等人近期报道的对苯二甲醛法提取的羟基化木质素（https://doi.org/10.1039/D1GC00358E），用旋涂法制备了一系列均一性、耐水性好的木质素涂层（图1）。

图1. 木质素涂层的制备与材料性质表征

为了测试木质素涂层的抗病毒性能，作者以HSV-2为例测试了病毒在两种实际条件下（即是否允许病毒液自然蒸发）在木质素涂层上的存活时间（图2）。结果表明苏打木质素及TALD-APH木质素具有很好的灭活病毒能力：在允许病毒液自然蒸发的条件下，苏打木质素涂层仅在30分钟内即可灭活超过99%的病毒。

图2. 木质素涂层的抗病毒性能

为了研究木质素涂层的抗病毒原理，作者提出木质素酚羟基自氧化过程中生成的中间产物活性氧（reactive oxygen species, ROS）可能参与了灭活病毒。为验证这一机理，考虑到抗坏血酸能够中和活性氧，木质素在无氧条件下不能被氧化，以及有文献报道过光照能够促进木质素酚羟基的氧化，作者采用苏打木质素涂层，分别在加入抗坏血酸、氮气气氛、遮光三种条件下进行了病毒存活测试。结果（图3）表面在上述三种条件下木质素涂层的抗病毒性能大大降低，与提出的机理相吻合。为了进一步验证木质素涂层在实验条件下能够产生活性氧，作者利用FOX试剂测定了一般环境下、50 mW/cm²光照及黑暗中过氧化氢的生成；结果表明酚羟基含量较多的两种木质素（苏打木质素、TALD-APH木质素）产生了较多的过氧化氢，进一步说明了木质素酚羟基氧化过程中有活性氧中间体的生成。

图3. 验证活性氧灭活病毒机制

最后，作者展示了木质素涂层的稳定性：在室温下遮光和自然光照射下的苏打木质素涂层，保存6个月后的抗病毒性能并未减弱。此外与常见的抗病毒涂层（镀银涂层）相比，苏打木质素的抗病毒性能略胜一筹。

本研究首次报道了工业木质素无需经过任何化学修饰即可直接用于制备抗病毒涂层，并且在HSV-2上展现出了优异的抗病毒性能；简要阐述了木质素涂层的抗病毒机制，为开发环境友好型抗病毒涂层提供了一定思路。遗憾的是，尽管木质素涂层能够有效灭活HSV-2，但无法有效灭活流感病毒和新冠病毒；作者推测这可能是流感病毒和新冠病毒对活性氧的稳定性较高，而木质素的自氧化并不能够提供足够高的活性氧浓度。

洛桑联邦理工学院材料科学与工程系的博士生Alice Boarino和王鹤云为论文的共同第一作者，Harm-Anton Klok教授和Francesco Stellacci教授为共同通讯作者。论文得到瑞士国家科学基金会（SNSF）和欧盟“地平线2020”计划（EU H2020）的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.2c04284

Francesco Stellacci课题组简介：

洛桑联邦理工学院（EPFL）Francesco Stellacci课题组（https://www.epfl.ch/labs/sunmil/）专注于广谱抗病毒分子的设计、纳米材料及蛋白质相互作用的表征、细胞内药物递送、高分子材料回收、食品科学等领域。课题组近期招聘启事：https://www.epfl.ch/labs/sunmil/open-positions/

Harm-Anton Klok课题组简介

洛桑联邦理工学院（EPFL）Harm-Anton Klok课题组（https://www.epfl.ch/labs/lp/）专注于聚合物表界面、高分子纳米药物等领域。

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（责任编辑：xu）

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