新型纳米复合材料中不知疲倦的微生物杀伤剂

他们用分子刺痛或氧化休克杀死，不知道疲劳的含义。由克拉科夫波兰科学院核物理研究所(IPJ PAN)的科学家设计和合成的最新杀菌纳米复合材料正在为材料工程在对抗微生物的斗争中指明新的方向。

越来越多的抗生素耐药细菌不仅给医生带来了挑战，也给参与材料工程的物理学家带来了挑战。在人类几代人与危险微生物世界的西西弗斯式斗争中，我们似乎终于获得了准备迎接挑战的盟友：能够自发和持续杀死微生物并阻止其菌落生长的复合材料。

在波兰克拉科夫的波兰科学院核物理研究所(IFJ PAN)设计，合成和表征的杀菌纳米复合材料在最近发表的一系列科学文章中进行了讨论。

“在我们团队的工作中，我们试图应用'逆向物理学'的概念：我们不是从我们想要研究的物质开始寻找应用，而是从应用本身开始。一旦我们确定了我们的需求，我们就会根据这些需求精确地设计未来的材料，进行数值模拟，然后尝试合成它。只有当我们成功管理时，我们才会继续检查所获得材料的性能是否符合我们的期望，“Lukasz Laskowski博士(IFJ PAN)解释说，他是包括Agnieszka Karczmarska博士，Magdalena Laskowska博士和Mateusz Schabikowski博士在内的团队负责人。

波兰科学院生理学和动物营养研究所(IFiZZ PAN)的研究人员表示需要开发一种新的，耐用和安全的杀菌材料。他们指出，如果从大流行时期就知道的口罩不经常更换，它们就会积累微生物，并且作为它们的栖息地，可能会成为继发感染源。

因此，需要一种不仅充当过滤器，而且还能够连续消除定居在其上的微生物的材料。IFJ PAN的物理学家认为，由中性基质构建的复合材料具有能够有效杀死微生物的适当附着官能团可能是解决问题的一种方法。

杀生物分子的永久附着和对其特性的适当选择将保证材料几乎在任何时间段内都能保持其特性。

对于由IFJ PAN的科学家开发的具有银离子的杀生物剂复合材料，可以根据需要使用氧化铝或二氧化硅(即二氧化硅)基质。在前一种情况下，矩阵是孔径约为40纳米的筛子形式，而在后者中，它们是直径范围为50至500纳米的球体。

多孔基质可以过滤例如空气或体液，而球形二氧化硅可以将杀菌材料掺入其他物质中，例如牙齿填充物。

“当然，我们材料中的主要作用不是由基质发挥的，而是由以适当方式沉积在其上的官能团发挥的。关键的杀生物剂，在这种情况下是银离子，被连接到丙基链的羧基捕获。这种结构是柔韧的，可以很好地充当刺或刀，与细菌接触时会破坏其细胞膜，“Laskowski博士解释说。

新复合材料中的杀菌分子与基质化学结合，因此永久结合。这一事实意味着，首先，这些分子将能够连续准确地执行其任务。因此，随着时间的推移，它们不会失去能力，也不会从牙齿填充物中冲出进入体内，也不会从用过的口罩中释放到环境中。

来自IFJ PAN的第二类新型纳米复合材料使用不同的工具来对抗细菌：含有铜离子的丙基磷酸基团。它们从空气中捕获氧分子，然后被铜离子还原，充当单电子催化剂。发生的反应涉及我们环境中常见的水分子中的氢。结果，过氧化氢在铜官能团周围不断形成。在与它接触时，大多数微生物被氧化休克杀死。

“与银纳米复合材料一样，铜也永久粘合在基体上并且不会磨损。水和氧气被消耗，但这些在环境中是自然可用的。因此，我们可以使用一种材料，它实际上连续产生一定量的新鲜过氧化氢，这是最有效的杀菌剂化合物之一，“Laskowski博士说，并强调IFiZZ PAS已经进行了验证所有新材料的杀生物效果的测试。

IFJ PAN目前正在实验室规模上生产含有金属离子的生物活性纳米复合材料，并有可能为实施目的提供试验量。然而，处于专利阶段的生产技术可以扩大到工业需求，而不会产生重大问题。