新型生物材料“充電”后能殺滅細(xì)菌？近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院（以下簡稱“深圳先進(jìn)院”）研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合香港城市大學(xué)以及中科院北京納能所開發(fā)出一種基于電容涂層、通過充放電以實(shí)現(xiàn)有效抗菌的新型生物材料，反復(fù)充電后的殺菌效率能超過90%，具有效率高、風(fēng)險(xiǎn)低、應(yīng)用空間廣泛等特點(diǎn)。

　　該技術(shù)有望應(yīng)用于牙科及骨科植入材料中，以降低患者的術(shù)后感染風(fēng)險(xiǎn)，相關(guān)論文“一種基于碳摻雜二氧化鈦納米管電容特性的新型抗菌平臺”不久前發(fā)表于國際知名學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》。深圳先進(jìn)院生物醫(yī)用材料與界面研究中心研究員王懷雨介紹，相關(guān)產(chǎn)品研發(fā)已于近期獲批中科院科技服務(wù)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃區(qū)域（STS計(jì)劃）重點(diǎn)項(xiàng)目。

　　反復(fù)充電后殺菌效率超90%

　　公開資料顯示，鈦及其合金作為外科植入物材料，應(yīng)用十分廣泛，具有密度小、強(qiáng)度高、韌性好、生物相容性好、無毒等優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)亦十分明顯：這種材料本身并不抗菌，植入人體后較易發(fā)生感染，大都需要服用抗生素、銀離子等來抵抗細(xì)菌，前者作用于小范圍區(qū)域的抗菌效率并不高且容易讓細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性，后者則本身就具有一定的毒性，存在一定的安全隱患。

　　如何在充分利用鈦合金材料優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，又保證其能抗菌呢？王懷雨和項(xiàng)目執(zhí)行人之一、中科院深圳先進(jìn)院客座博士生王國敏在此前的研究中發(fā)現(xiàn)，通過引入碳元素，來替換二氧化鈦中的氧元素，能夠提高電容量、實(shí)現(xiàn)電容調(diào)控，“隨著電容的不斷增加，其抗菌的效果也隨之增加，這是一種很好控制的方式”。

　　事實(shí)上，陽離子具有抗菌性的原理并不復(fù)雜，其是基于正電荷，通過靜電作用粘附于帶負(fù)電的細(xì)菌表面，最終導(dǎo)致細(xì)菌衰亡?；谶@一成熟的研究背景，團(tuán)隊(duì)作了進(jìn)一步的大膽假設(shè)：對鈦合金材料進(jìn)行元素替換后，樣品只需要在2伏特電壓下進(jìn)行15分鐘充電，便能保持3小時(shí)的殺菌效果，反復(fù)充放電后，其殺菌效率能提到90%以上。

　　未來或加入無線充電技術(shù)

　　舉例而言，以往將鈦合金作為牙科材料時(shí)，牙齦部位容易有菌斑附著，形成生物膜（細(xì)菌胞外大分子包裹的有組織的細(xì)菌群體），導(dǎo)致細(xì)菌難以被根除?！艾F(xiàn)在我們研究通過充電的方式，將細(xì)菌殺死，未來還會加入無線充電技術(shù)，提高充電效率和便捷度?！蓖鯌延暾f。

　　以骨植入手術(shù)為例，術(shù)后前一個(gè)月較易發(fā)生感染，該時(shí)段內(nèi)便適合運(yùn)用這項(xiàng)技術(shù)，未來若加入無線充電技術(shù)后，術(shù)后護(hù)理也將更方便、安全?！斑@一概念很棒，將來如果落地形成產(chǎn)品，將會有很大的市場空間”，王懷雨直言，該項(xiàng)研究未來可能碰到的問題也很多，比如怎樣控制效率，人體對無線信號的阻擋等。

　　這項(xiàng)研究也并非一帆風(fēng)順。王懷雨介紹，抗生素的殺菌效率往往能達(dá)到99%，而通過充放電以實(shí)現(xiàn)有效殺菌的新型生物材料，其殺菌效率一次能超過80%，反復(fù)使用可達(dá)到90%以上，從數(shù)字上來看，依然低于抗生素，“未來我們還會優(yōu)化該材料，使其達(dá)到和抗生素類似的效果，這是我們目前碰到的最大難點(diǎn)?！蓖鯌延暾f。

　　王國敏表示，其研究的材料優(yōu)勢是副作用很小而且針對性很強(qiáng)，“抗生素往往作用于全身，我們只需要有針對性地進(jìn)行充放電即可，不會引發(fā)全身的副作用”，她介紹，這種方法和其他抗菌方法的機(jī)制不一樣，所以不會有交叉耐藥的風(fēng)險(xiǎn)。

　　目前，該物理抗菌方法已在大腸桿菌、綠膿桿菌、金黃色葡萄球菌、表皮葡萄球菌等菌種上進(jìn)行了廣泛的效果驗(yàn)證，且被證明能通過循環(huán)充放電來實(shí)現(xiàn)對菌膜的有效抑制。

　　交叉學(xué)科碰撞出新材料“火花”

　　除了應(yīng)用于骨科和牙科等醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，未來這一新型生物材料還有更廣闊的應(yīng)用空間。“比如養(yǎng)魚的魚池也需要?dú)⒕?，如果?yīng)用我們的金屬材料，通過充放電來殺菌也是一個(gè)可以考慮的方式；再比如在嚴(yán)苛條件下的快速殺菌，如在戰(zhàn)場附近進(jìn)行手術(shù)，也能應(yīng)用我們的技術(shù)。該材料未來有更大的發(fā)揮空間。”王懷雨說。

　　“通過充放電實(shí)現(xiàn)生物材料的殺菌特性，我們走在了科研領(lǐng)域的最前沿，目前國際社會上還沒有類似的研究?！蓖鯂舾嬖V記者，研究這一技術(shù)需要能源、生物、材料等多重學(xué)科交叉，而香港城市大學(xué)和深圳先進(jìn)院的合作，則提供了合適的平臺，“我們目前正在做動物實(shí)驗(yàn)，并尋求骨科相關(guān)企業(yè)進(jìn)行合作，后續(xù)效率等達(dá)到滿意水平，才會真正地進(jìn)行臨床應(yīng)用”。

　　王懷雨也持相同的觀點(diǎn)，他認(rèn)為，生物材料本身就是交叉學(xué)科，是很多學(xué)科融合在一起，每個(gè)人都有自己的特長，能夠取長補(bǔ)短，最終做出更出色的工作。“生物材料是一個(gè)交叉學(xué)科，研究者需要懂得的知識不能局限于生物和化學(xué)領(lǐng)域。剛開始做研究時(shí)，我補(bǔ)強(qiáng)了自己在材料方面的知識，讓自己的知識面變得更廣?！?