广西大学林宝凤教授团队 CEJ：新型淀粉基乙醇凝胶用于切断细菌在公共场所的接触传播

2023-08-26 来源：高分子科技

社交活动引发的细菌接触传播具有隐蔽性和不可控性，特别人群触碰公共场所的电梯按钮和扶梯时，此类特定位置上的细菌将会在人群中广泛传播。尽管大量喷洒消毒剂可暂时灭杀公共场所中所附着的细菌，但是随着消毒剂的快速挥发和人类社交活动的进行，新一轮的细菌传播也随着发生。因此，开发一种消毒剂可控释放的载体，按照人类的需求释放消毒剂对公共场所特定位置进行消毒，这对抑制细菌在公共场所的接触传播有着重要的意义。

针对上述问题，广西大学林宝凤教授团队以天然高分子淀粉为原料，采用有机酸在不同温度下对淀粉进行分解，获得了具有多尺度结构的吡喃糖分子，而后用草酸对其酯化，并制备了多尺度吡喃糖酯。该方法巧妙利用了多尺度吡喃糖酯与乙醇之间的强氢键作用，成功构建了一种可强锁定和可控释放乙醇的新型淀粉基乙醇凝胶（MSE）。重要的是，MSE仅可通过按压释放乙醇，而当手指施加在MSE上的压力大于2.263N时，释放的乙醇对手指上的菌液（金黄色葡萄球菌和大肠杆菌）的抑菌率可达到95.76%。对比75%的乙醇消毒液和商用乙醇凝胶，MSE在维持公共场所特定位置无菌3日时消耗的乙醇用量可分别减少571和225倍。由于兼具粘附性和生物相容性，本工作为更好地抑制细菌的接触传播提供了新的思路。该工作以“A novel starch-based ethanol gel with contact-killing bacteria to cut off contact transmission of bacteria”为题发表在国际著名期刊《Chemical Engineering Journal》上（影响因子15.1）。该论文的通讯作者为广西大学化学化工学院林宝凤教授，第一作者为2020级博士研究生魏福祥。该研究得到国家自然科学基金（22175045）和广西自然科学基金重点项目（2021GXNSFDA220005）的支持。

图1. 淀粉基乙醇凝胶制备与其接触抗菌的示意图。

图2. 分解淀粉为多尺度小分子。（a）通过淀粉制备多尺度吡喃糖的示意图。（b）草酸110°C、130°C和150°C时分解淀粉后的分子量分布曲线。（c）分解产物的峰值分子量、重均分子量和数均分子量。（d）原淀粉与分解产物溶液的图片以及向它们添加I-KI溶液后的图片。（e）添加I-KI后，原淀粉与分解产物的紫外图谱。（f和g）淀粉与分解产物的热重和DTG曲线。

图3. 合成多尺度吡喃糖酯和制备乙醇凝胶。（a）合成多尺度吡喃糖酯和制备乙醇凝胶的示意图。（b和c）多尺度吡喃糖酯的红外和核磁谱图。(d)乙醇凝胶流动相混合重铬酸钾后的紫外曲线。（e）乙醇流动相的核磁谱图。(f)乙醇凝胶的X射线光电子能谱的碳谱谱图。(g)乙醇凝胶的扫描电镜图。

图4. 乙醇凝胶的接触抗菌性测试。（a）接触抗菌测试流程图。（b和c）手指不同压力按压乙醇凝胶后对手指菌液（大肠杆菌和金黄色葡萄球菌）的抑菌率。

图5. 乙醇的减量供应。（a和b）乙醇凝胶、75%乙醇溶液和商业乙醇凝胶放置不同时间后处理大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的菌落图。（c和d）乙醇凝胶、75%乙醇溶液和商业乙醇凝胶放置不同时间后对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率。（e）乙醇凝胶、75%乙醇溶液和商业乙醇凝胶的抗菌时效性。（f和g）乙醇凝胶、75%乙醇溶液和商业乙醇凝胶涂覆在4 cm x 3.8 cm的电梯按钮上的用量。（h）维持4 cm x 3.8 cm的电梯按钮3日内无菌所需要的乙醇凝胶、75%乙醇溶液和商业乙醇凝胶用量。

在这项工作中，以天然高分子淀粉为原料，该团队成功地制备了一种可通过接触抗菌抑制细菌接触传播的新型淀粉基乙醇凝胶。草酸在不同温度下分解淀粉制备了多尺度吡喃糖，并创造了高羟基环境。随着草酸引入多尺度吡喃糖，进一步合成了与乙醇有强氢键作用的多尺度吡喃糖酯。基于此，多尺度吡喃糖酯可将乙醇锁定为凝胶，并可抑制乙醇的挥发。通过水分和压力刺激，被锁定的乙醇可释放至手指达到消毒、灭菌的效果。该方法下的乙醇凝胶可将公共场所中潜在的抑菌传播源转化为细菌灭活点。因此，本工作所制备的乙醇凝胶有望被投放至公共场所，在抑制细菌接触传播上拥有广阔的前景。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894723041657

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（责任编辑：xu）

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