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廣西大學(xué)林寶鳳教授團(tuán)隊 CEJ：新型淀粉基乙醇凝膠用于切斷細(xì)菌在公共場所的接觸傳播
2023-08-26  來源：高分子科技

  社交活動引發(fā)的細(xì)菌接觸傳播具有隱蔽性和不可控性，特別人群觸碰公共場所的電梯按鈕和扶梯時，此類特定位置上的細(xì)菌將會在人群中廣泛傳播。盡管大量噴灑消毒劑可暫時滅殺公共場所中所附著的細(xì)菌，但是隨著消毒劑的快速揮發(fā)和人類社交活動的進(jìn)行，新一輪的細(xì)菌傳播也隨著發(fā)生。因此，開發(fā)一種消毒劑可控釋放的載體，按照人類的需求釋放消毒劑對公共場所特定位置進(jìn)行消毒，這對抑制細(xì)菌在公共場所的接觸傳播有著重要的意義。


  針對上述問題，廣西大學(xué)林寶鳳教授團(tuán)隊以天然高分子淀粉為原料， 采用有機(jī)酸在不同溫度下對淀粉進(jìn)行分解，獲得了具有多尺度結(jié)構(gòu)的吡喃糖分子，而后用草酸對其酯化，并制備了多尺度吡喃糖酯。該方法巧妙利用了多尺度吡喃糖酯與乙醇之間的強(qiáng)氫鍵作用，成功構(gòu)建了一種可強(qiáng)鎖定和可控釋放乙醇的新型淀粉基乙醇凝膠（MSE）。重要的是，MSE僅可通過按壓釋放乙醇，而當(dāng)手指施加在MSE上的壓力大于2.263N時，釋放的乙醇對手指上的菌液（金黃色葡萄球菌和大腸桿菌）的抑菌率可達(dá)到95.76%。對比75%的乙醇消毒液和商用乙醇凝膠，MSE在維持公共場所特定位置無菌3日時消耗的乙醇用量可分別減少571和225倍。由于兼具粘附性和生物相容性，本工作為更好地抑制細(xì)菌的接觸傳播提供了新的思路。該工作以“A novel starch-based ethanol gel with contact-killing bacteria to cut off contact transmission of bacteria”為題發(fā)表在國際著名期刊《Chemical Engineering Journal》上（影響因子15.1）。該論文的通訊作者為廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院林寶鳳教授，第一作者為2020級博士研究生魏福祥。該研究得到國家自然科學(xué)基金（22175045）和廣西自然科學(xué)基金重點項目（2021GXNSFDA220005）的支持。 


圖1. 淀粉基乙醇凝膠制備與其接觸抗菌的示意圖。 


圖2. 分解淀粉為多尺度小分子。（a）通過淀粉制備多尺度吡喃糖的示意圖。（b）草酸110°C、130°C和150°C時分解淀粉后的分子量分布曲線。（c）分解產(chǎn)物的峰值分子量、重均分子量和數(shù)均分子量。（d）原淀粉與分解產(chǎn)物溶液的圖片以及向它們添加I-KI溶液后的圖片。（e）添加I-KI后，原淀粉與分解產(chǎn)物的紫外圖譜。（f和g）淀粉與分解產(chǎn)物的熱重和DTG曲線。 


圖3. 合成多尺度吡喃糖酯和制備乙醇凝膠。（a）合成多尺度吡喃糖酯和制備乙醇凝膠的示意圖。（b和c）多尺度吡喃糖酯的紅外和核磁譜圖。(d)乙醇凝膠流動相混合重鉻酸鉀后的紫外曲線。（e）乙醇流動相的核磁譜圖。(f)乙醇凝膠的X射線光電子能譜的碳譜譜圖。(g)乙醇凝膠的掃描電鏡圖。 


圖4. 乙醇凝膠的接觸抗菌性測試。（a）接觸抗菌測試流程圖。（b和c）手指不同壓力按壓乙醇凝膠后對手指菌液（大腸桿菌和金黃色葡萄球菌）的抑菌率。  


圖5. 乙醇的減量供應(yīng)。（a和b）乙醇凝膠、75%乙醇溶液和商業(yè)乙醇凝膠放置不同時間后處理大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的菌落圖。（c和d）乙醇凝膠、75%乙醇溶液和商業(yè)乙醇凝膠放置不同時間后對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率。（e）乙醇凝膠、75%乙醇溶液和商業(yè)乙醇凝膠的抗菌時效性。（f和g）乙醇凝膠、75%乙醇溶液和商業(yè)乙醇凝膠涂覆在4 cm x 3.8 cm的電梯按鈕上的用量。（h）維持4 cm x 3.8 cm的電梯按鈕3日內(nèi)無菌所需要的乙醇凝膠、75%乙醇溶液和商業(yè)乙醇凝膠用量。


  在這項工作中，以天然高分子淀粉為原料，該團(tuán)隊成功地制備了一種可通過接觸抗菌抑制細(xì)菌接觸傳播的新型淀粉基乙醇凝膠。草酸在不同溫度下分解淀粉制備了多尺度吡喃糖，并創(chuàng)造了高羥基環(huán)境。隨著草酸引入多尺度吡喃糖，進(jìn)一步合成了與乙醇有強(qiáng)氫鍵作用的多尺度吡喃糖酯。基于此，多尺度吡喃糖酯可將乙醇鎖定為凝膠，并可抑制乙醇的揮發(fā)。通過水分和壓力刺激，被鎖定的乙醇可釋放至手指達(dá)到消毒、滅菌的效果。該方法下的乙醇凝膠可將公共場所中潛在的抑菌傳播源轉(zhuǎn)化為細(xì)菌滅活點。因此，本工作所制備的乙醇凝膠有望被投放至公共場所，在抑制細(xì)菌接觸傳播上擁有廣闊的前景。


  原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894723041657

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