自然杂志:充电可以使材料获得抗菌性能!!

来源:上海新型纳米材料研究公司 发布时间:2019-01-07 点击次数:

2018年5月27日11:27
    
     材料与电有着密切的关系,例如,根据摩擦起电的现象,通过选择合适的材料和电路设计,可以成功地制造出一种能将机械能转化为电能的摩擦纳米发电机,当电场作用于材料上时,它就可以也会影响材料的许多性能,如改变电荷数和电荷分布,如果通过离子注入将银、锌等纳米粒子引入钛基材料表面,可以通过微电化学反应获得钛基材料的抗菌性能。在银、锌纳米粒子周围有钛基质,如通过化学改性,在材料表面改性带正电荷的聚合物,改变材料表面的电荷,使不具有抗菌能力的材料获得抗菌性能。此外,电场可以直接作用于纳米材料的表面。由于纳米材料体积小,表面会形成高压电场,导致细菌电穿孔和杀菌效果。
    
     最近,中国科学院北京纳米能源与系统研究所发现并证实了一种新的电对材料的作用方式,它可以使材料获得抗菌性能。该结果发表在5月24日的《自然传播》杂志上(doi:10.1038/s41467-018-04317-2)。
    
     本研究的发现来源于纳米能源研究所的李周和王忠林于2017年发表在《纳米能源》上的一项研究工作,以助理研究员冯宏清为第一人,将收集水波能量的摩擦纳米发电机的电压和电流连接到碳布电极上。用氧化锌纳米线和银纳米颗粒进行了修饰,使细菌溶液在碳布电场之间流动。他们检测到发电机在电压和电流下工作时流经系统的细菌被杀死。当发电机停止工作,不再向系统供电后,他们就可以控制系统中的细菌。他们发现了一个奇怪的现象:用氧化锌和银纳米粒子修饰的碳布电极在停止供电后,仍然对流经发电机长达20分钟的细菌有很强的杀灭作用。在一般情况下,没有供电过程。用氧化锌和银纳米粒子修饰的Tor、碳布电极不会有如此强的杀菌作用。
    
     图1用纳米发电机进行电穿孔水杀菌实验时,发现在氧化锌/银电极上施加电场后,电极仍具有断电杀菌的能力,材料的电容与断电后的杀菌效果呈正相关。诱惑(纳米能源,2017,36241-249)
    
     由于实验系统的细菌溶液只流过电极一次,在通电过程中可能产生的电化学产物与前一种溶液一起流掉,因此断电后的抗菌性能不是由残留的电化学产物引起的,而是由残留的有效成分引起的。研究人员发现,电极材料(氧化锌纳米银双改性氧化锌单改性原碳布)的电容越大,断电后的长期抗菌性能越强,同时在细胞中检测到强烈的ROS信号。停电处理后。
    
     在此基础上,冯宏卿教授王国民博士生进行实验。香港城市大学纳米能源研究所的李周研究组和朱建豪研究组密切合作,对这一现象进行了系统的研究,在本研究中,他们使用了一种新的抗菌系统和一种新的电容电极材料:从原来的动态流系统到静态处理系统,使用了一种新的电容电极材料。g以二氧化钛纳米管为基础的电容材料,采用碳改性来增加材料的电容量,采用传统的直流和交流电源对电极材料充电,断电后检测电极片的抗菌性能,与纳米能量的发现相一致。检测到停电后的电场确实给原有的非抗菌电容材料带来了新的抗菌性能,抗菌能力与材料的电容量呈正相关,除了使用以前的纳米发电机供电外,使用普通的直流和交流电源也能产生抗菌效果。UCE这样的作用;在处理过的细菌细胞中,也检测到活性氧(ROS)信号。
    
     基于这一点,他们证实了充电可以给电容材料的抗菌性能,而不是抗菌。他们称这种现象为充电后抗菌性能,他们还发现充电对掺碳二氧化钛表面的生物相容性没有不良影响,甚至促进了成骨细胞在基质上的粘附和生长。
    
     图2荷电后抗菌活性机理的解释,荷电阳性电极与细菌之间的强电荷转移引发了活性氧的爆发,导致细菌死亡,可能是造成这种现象的原因(自然通讯)。2018)
    
     充电后抗菌活性的发现和确认为医用植入物赋予抗菌性能提供了一种新的方法,例如,除了传统的理化表面改性方法外,人们还可以使骨科植入物的二氧化钛表面获得抗菌性能。通过简单的充电,减少了手术后感染和并发症的风险。这种新方法还可以避免传统理化修饰的负面影响,促进成骨细胞在植入物表面的粘附和生长,对骨折的修复和治疗非常有帮助。同时,该方法还可以减少手术后感染和并发症的风险。充电后抗菌现象的发展,也使人们对电、材料和生物体之间的相互作用有了新的认识,有望设计出电材料的改性方案和开发利用,这一现象的深层机理值得进一步探索,这一点值得深入研究。奥克与红青、王国民并列第一。李周、朱建豪以及中国科学院深圳市先进技术研究所研究员王怀玉是平行的通讯社。
    
    


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