AM | 中国科学院王毅琳/王树/韩玉淳制备集高效性、长效性和生物相容性于一体的抗菌剂

自COVID-19爆发以来，抗菌剂已被大量用于对病原体污染的表面进行消毒。但也暴露了其耐久性差、刺激性强、环境蓄积性高等缺点。

2023年2月21日，中国科学院化学研究所王毅琳、王树及韩玉淳共同通讯在Advanced Materials（IF=32）在线发表题为“Hierarchical Superstructure of Plant Polyphenol and Arginine Surfactant for Long-lasting and Target-selective Antimicrobial Application”的研究论文。 该研究通过天然没食子酸与精氨酸表面活性剂自下而上的组装，开发了一种制备具有特殊层次结构、长效靶点选择性抗菌剂的简便策略。这一组装过程从棒状胶束开始，进一步堆积成六角柱状，最后互穿成球形组件，避免了抗菌单元的爆炸性释放。

该组件在各种表面上表现出抗水洗性和高粘附性，即使在多达11次使用循环后也具有高效和广谱的抗菌活性。体外和体内实验都证明，该组件在杀死病原体方面具有高度选择性，且不产生毒性。该分层组装体的优异抗菌性能很好地满足了日益增长的抗感染需求，显示出作为临床候选药物的巨大潜力。

越来越多的人注意到，直接或间接接触病原体污染的表面（如扶手、座椅和门把手）已对人类构成巨大的感染威胁，尤其是在新冠肺炎疫情严重暴发流行期间。一些传统的消毒剂（如季铵表面活性剂、75%的酒精和含氯试剂）数量激增，以对抗病原性感染等世界范围的流行病。上述消毒剂虽有效消除了公共设施中的病原体，但其作用方式为一次性突释，缺乏持久性，故为满足全天的抗感染需求必须频繁喷洒（一天几次）这类药剂。

这些挥发性物质对人类健康的负面影响引起了广泛关注，如刺激性气味和呼吸系统损伤。此外，这些挥发性消毒剂的大量积累不仅加重了环境的负担，还增加了微生物耐药性风险，从而加速了超级细菌的发生和传播。从长远来看，迫切需要提高抗菌剂的长效性，以避免滥用抗菌剂对公众健康造成威胁。此外，抗菌材料的生理毒性决定了它们是否可以作为临床的候选药物。由于现有的抗菌药物大多具有细胞毒性和皮肤刺激性，因此应努力实现抗菌活性和生物相容性的平衡，以选择性杀死病原体而不损害正常的人体细胞。

图1 没食子酸与精氨酸表面活性剂自下而上组装构建具有分层超结构抗菌剂（摘自Advanced Materials ）

受抗菌肽的启发，基于氨基酸头基的阳离子表面活性剂已被用于抗菌应用。氨基酸的引入改善了生物相容性，两亲性保证了氨基酸表面活性剂形成多样的组装结构。研究表明，抗菌性能与组件的大小和形态密切相关。然而，这种水溶性抗微生物剂对水冲洗不耐受，且不能特异性粘附基质，故不能重复使用。

过去的几十年里，生物质介导的改性和组装已被证明是构建功能材料的有效途径。源自植物或动物的天然多酚，因发现其儿茶酚和没食子酰部分具有广泛的粘附性，激发了相关学者制备表面涂层和粘合剂的灵感。植物多酚（如单宁酸（TA）、没食子酸（GA）和儿茶素）含有多个酚羟基、羧基和苯环，使得酚类化合物能与各种物质（如金属、多肽、蛋白质和聚合物） 有效地组装在一起。因此，天然多酚作为多功能的“绿色“构建模块，有望调控抗菌氨基酸表面活性剂的组装，用于构建具有高级功能的超结构纳米材料。

图2 GA/LAM球形组装体的体内抗菌活性、毒性和选择性抗菌机制（摘自Advanced Materials ）

该研究报道了一种由Nα-月桂酰-精氨酸-甲酯盐酸盐（LAM）和GA通过自下而上组装制备具有分层超结构的抗菌剂。这种基于精氨酸的表面活性剂和GA均是欧洲食品安全管理局准的食品级安全成分，已显示出优异的生物相容性。GA具有广泛的底物粘附性，但其抗菌活性较弱。精氨酸表面活性剂LAM具有很高的抗菌活性，但缺乏抗菌持久性。

通过结合这两种分子，能够保留其优点并赋予新的抗菌热点，GA和LAM表现出特殊的分级组装行为。它们首先组装成棒状胶束作为一级结构，然后棒状胶束横向堆积形成六角柱的二级结构。最后，六角柱相互渗透，形成球形组件的三级结构。形成的球形组装体可以粘附在各种基底上，并能抵抗水洗，其分级结构有效避免了抗菌剂单元的爆炸性释放，显著延长了抗菌药物的使用寿命。同时，GA/LAM球形组件在杀死病原体的同时不会对人类正常细胞产生不利影响。这种理想的材料集高效性、耐久性和生物相容性于一体，很好地满足了日益增长的抗感染需求。

参考消息：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202210936

转自：“iNature”微信公众号

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