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陜科大王學(xué)川/黨旭崗《ACS AMI》：具有優(yōu)異生物相容性、不可浸出性和聚合物混溶性的生態(tài)友好型纖維素基抗菌聚合物
2023-10-24  來源：高分子科技

  近日，陜西科技大學(xué)生物質(zhì)與功能材料研究所王學(xué)川教授/黨旭崗副教授報道了一種具有優(yōu)異的生物相容性，不可浸出性和聚合物混溶性生態(tài)友好型纖維素基非離子抗菌聚合物。該纖維素基非離子抗菌聚合物不僅實現(xiàn)了天然生物資源的可持續(xù)和高價值利用，并為發(fā)展綠色生物質(zhì)基抗菌材料提出了新的建議。相關(guān)研究成果發(fā)表于國際材料科學(xué)領(lǐng)域著名期刊ACS Applied Materials & Interfaces。


  隨著石油化工技術(shù)的發(fā)展，越來越多的石油基合成聚合物被廣泛運用在各個領(lǐng)域(傷口敷料、醫(yī)療器械、食品包裝)。然而，石油基聚合物的廣泛應(yīng)用已引發(fā)了日益嚴(yán)重的環(huán)境污染和人類健康問題，促使科學(xué)家不斷尋找環(huán)保和安全的替代品。纖維素作為一種豐富的天然生物質(zhì)有機高分子材料，基于其良好的性能（成膜、可生物降解及生物相容性等），可用以解決目前人類所面臨的許多問題。


  基于此，本研究主要利用天然纖維素（MCC）良好的可再生性、生物相容性、生物降解性和成膜特性等，以及吲哚衍生物良好的快速反應(yīng)性、無毒性和抗菌特性，通過可持續(xù)簡易一鍋法制備了兩種富含末端吲哚基團的新型纖維素基抗菌聚合物(MIPA和MICA)。所制得的MICA和MIPA具有高熱穩(wěn)定性(Tmax > 300)和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg > 90)以及良好的溶解度(可溶于極性非質(zhì)子有機溶劑)、細(xì)胞活性和殺菌性能。此外，MICA和MIPA與PVA具有良好的混溶性，所制備的復(fù)合膜具有良好的熱穩(wěn)定性、相相容性、透明性和力學(xué)性能。由此可知，MICA和MIPA作為新型環(huán)保型可溶性非離子抗菌材料，不僅具有良好的溶解度、殺菌性能和生物相容性，而且可以有效實現(xiàn)天然纖維素資源的高價值利用，替代傳統(tǒng)不可降解的石油材料，有望在醫(yī)療器械、食品包裝等領(lǐng)域得到應(yīng)用，為發(fā)展綠色生物質(zhì)基抗菌材料提出了新的建議。 


圖1展示了MICA和MIPA的合成機理及性能特征示意圖。 


圖2展示了新型可溶性纖維素基抗菌材料MICA和MIPA的抗菌效果。所制備的MICA和MIPA對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌表現(xiàn)出了良好的抗菌性能，SEM圖像表明PVA-MICA和PVA-MIPA膜上所的接種細(xì)菌細(xì)胞膜均受到了明顯的破壞？芍PVA-MICA和PVA-MIPA膜具有良好的抑制細(xì)菌生長和破壞細(xì)菌細(xì)胞膜的能力。 


圖3展示了新型可溶性纖維素基抗菌材料MICA和MIPA與PVA的非浸出性與相相容性，形成的PVA-MICA和PVA-MIPA薄膜表面保持了連續(xù)的光滑結(jié)構(gòu)，顯示出PVA、MICA和MIPA之間良好的相容性和成膜透明性。 


圖4. PVA-MICA膜與PVA-MIPA膜的生物相容性


  該研究成果以Eco-Friendly Cellulose-Based Nonionic Antimicrobial Polymers with Excellent Biocompatibility, Nonleachability, and Polymer Miscibility發(fā)表于國際材料領(lǐng)域著名期刊ACS Applied Materials & Interfaces（DOI: 10.1021/acsami.3c10902）。陜西科技大學(xué)碩士研究生余珍福為該論文的主要完成人，通訊作者是陜西科技大學(xué)生物質(zhì)與功能材料研究所黨旭崗副教授。


  原文鏈接： https://doi.org/10.1021/acsami.3c10902

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