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吉林大学任露泉院士团队:纳米粒子表面自迁移策略用于增强光动力抗菌活性

    近期,吉林大学仿生教育部重点实验室任露泉院士团队赵杰课题组在材料科学领域著名期刊Journal of Colloid and Interface Science(IF=6.361)上发表了题为 “Self-enriched mesoporous silica nanoparticle composite membrane with remarkable photodynamic antimicrobial performances” 的研究论文,制备了一种光活性纳米粒子表面自迁移的抗菌复合膜。(https://doi.org/10.1016/j.jcis.2019.10.021)

    传统抗菌方法引发的细菌耐药性问题越发严重,与之相关的感染性疾病极大地提高了医疗风险。光动力疗法(PDT)作为一种有潜力的非抗生素抗菌策略,在应对与耐药菌相关的感染性疾病方面被广泛关注。若将光活性纳米粒子与抗菌基体复合,可以增加粉末状纳米粒子的可控性,从而避免其在使用过程中出现易脱落以及难分散等问题。但是,基于活性氧(ROS)的扩散距离短(通常为几十到几百纳米)和寿命短(一般小于3.5μs)的固有特性,该复合过程会削弱光动力抗菌疗效。

    针对上述问题,吉林大学仿生教育部重点实验室任露泉院士团队赵杰课题组研究出一种光活性纳米粒子表面自迁移的抗菌复合膜,该复合膜在可见光(660 nm)照射下可以使ROS的产量增加,从而增强PDI的抗菌疗效。此外,该复合膜还具有较高的透气性和生物友好性。

    首先,以玉米醇溶蛋白(Zein)和聚己内酯(PCL)的混合物为基体,功能化的光活性介孔二氧化硅纳米粒子(MSNF@MB)为ROS产生器,然后利用静电纺丝技术得到纳米复合膜(Z/PCL@MSNF@MB)。该过程中,功能化纳米粒子易于在纤维表面富集,有利于ROS的产生和释放,显著增强光动力抗菌性能。

    细胞毒性实验结果证明,在可见光(660 nm,20 min)照射下,该复合膜具有较高的生物相容性,对哺乳动物成纤维细胞基本没有毒副作用。

    该实验策略为光响应纳米材料的设计和应用提供了一种新的思路,在医用防护材料以及伤口抗感染等领域具有潜在的应用前景。

    本研究获得了国家科学基金(No. 51775232,U1601203、51505183),吉林省科技发展计划项目(No. 20190201155JC)和中央高校基础研究基金的资助。