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在各種材料的醫(yī)學(xué)和日常用途中，細(xì)菌在表面的粘附和生長是一個普遍存在的問題，嚴(yán)重時能導(dǎo)致全身感染和死亡，因此抗菌材料的使用和研發(fā)一直都是人們的關(guān)注點(diǎn)。而研發(fā)出一類結(jié)合多種功能為一體的抗菌材料，往往會帶來新的問題，如材料本身的環(huán)境毒性和對人體的危害、復(fù)雜的化學(xué)處理和合成、涂層的穩(wěn)定性、對材料表面結(jié)構(gòu)的苛刻要求等，從而明顯制約了抗菌材料從實(shí)驗(yàn)室研究到實(shí)際的大規(guī)模應(yīng)用。在上述背景下，以溶菌酶為代表的天然綠色抗菌材料在抗菌領(lǐng)域的研究備受關(guān)注。然而，溶菌酶的抗菌性能很大程度上依賴于它的起源和類型，一般來說，最常用的如雞蛋白溶菌酶（HEWL）對革蘭氏陰性細(xì)菌和真菌有較差的抗菌活性。更重要的是，溶菌酶在通過復(fù)雜的化學(xué)或物理改性后，往往易失去活性，并很難與生物材料、醫(yī)療器械或者日常商品進(jìn)行有效而穩(wěn)定的復(fù)合。

針對上述問題，陜西師范大學(xué)楊鵬課題組對天然大分子介導(dǎo)的材料表界面功能化進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究，首次發(fā)現(xiàn)了一種新的類淀粉樣溶菌酶組裝薄膜。他們與南京工業(yè)大學(xué)李鵬課題組和重慶大學(xué)劉鵬合作，發(fā)現(xiàn)從雞蛋中提取的溶菌酶所形成的類淀粉樣組裝膜具有表面富集的正電性精氨酸和疏水色氨酸等基團(tuán)，結(jié)合類淀粉樣聚集體自身的蛋白質(zhì)多聚效應(yīng)，可實(shí)現(xiàn)對典型的革蘭氏陽性菌（金黃色葡萄球菌）、革蘭氏陰性菌（大腸桿菌）和真菌（白色念珠菌）高的殺菌活性。體外和體內(nèi)活體實(shí)驗(yàn)表明該材料具有優(yōu)異的生物相容性和廣譜高效的抗菌性能。

圖1. 基于類淀粉樣溶菌酶組裝薄膜 (Phase-Transited Lysozyme Nanofilm) 的抗菌涂層。

圖2. 對于不同細(xì)菌的破膜表征。

該薄膜內(nèi)部具有豐富的類淀粉樣蛋白聚集體結(jié)構(gòu)，即自體帶有高的粘附性，從而可以穩(wěn)定轉(zhuǎn)移到幾乎任意材料表界面。此種復(fù)合不依賴于可變的幾何形狀和基材類型，可保持涂層高的粘附穩(wěn)定性和持久性。基于此性質(zhì)，他們成功的將類淀粉樣溶菌酶組裝膜穩(wěn)定粘附于日常各種商品（如手機(jī)屏幕）、臨床器械和生物醫(yī)學(xué)植入物（如導(dǎo)管、導(dǎo)絲、手術(shù)刀片和鈦釘）等材料表界面。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)該薄膜具有良好的血液和生物相容性，如可支持成骨細(xì)胞生長，抗蛋白質(zhì)非特異性吸附以及抵抗血小板粘附等，從而有望實(shí)現(xiàn)綠色抗菌材料的實(shí)際大規(guī)模應(yīng)用。

圖3. 溶菌酶類淀粉樣組裝薄膜（右圖紅色五角星為人為染色后的膜，膜本身為無色透明）在不同材料表面的穩(wěn)定粘附及殺菌效果。

陜西師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院楊鵬課題組組建于2012年底，主要致力于蛋白質(zhì)類淀粉樣組裝的多功能仿生界面材料及其在表界面功能化中的應(yīng)用研究。經(jīng)過幾年的努力，已取得了一定的系統(tǒng)性研究成果，已在Macromol. Biosci. (2012, 12, 1053)、Chem. Comm. (2012, 48, 8787)、Chem. Rev. (2013, 113, 5547)、ACS Appl. Mater. Interf. (2014, 6, 3759)、Adv. Mater. Interfaces (2015, 2, 1400401)、Soft Matter (2015, 11, 3094)、Adv. Mater. (2016, 28, 579, VIP paper)、Adv. Mater. (2016, 28, 7414) 等權(quán)威學(xué)術(shù)期刊發(fā)表綜述和研究論文四十余篇。

南京工業(yè)大學(xué)先進(jìn)材料研究院李鵬課題組組建于2016年，其研究方向聚焦于抗菌、抗生物被膜、抗感染高分子材料的設(shè)計(jì)制備及其在生物醫(yī)學(xué)、污水凈化等方向的應(yīng)用研究。

論文共同第一作者為古金和蘇雅娟。合作方還包括重慶大學(xué)劉鵬。該課題得到了國家自然科學(xué)基金委 (No. 21374057, 51303100, 51673112, 51403173, 51303218) 以及國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃 (2016YFC1100300) 的資助。

An Environmentally Benign Antimicrobial Coating Based on a Protein Supramolecular Assembly

Jin Gu,^a Yajuan Su,^a Peng Liu,^* Peng Li, ^* Peng Yang^*

ACS Appl. Mater. Interfaces

DOI: 10.1021/acsami.6b13552

Publication Date (Web): 16 Dec 2016

Downloaded from http://pubs.acs.org on December 16, 2016