具有雙重光殺菌特效的聚醚醚酮植入體
來源：高分子科學(xué)前沿
聚醚醚酮（PEEK）醫(yī)用植入體的術(shù)后反復(fù)細(xì)菌感染仍然是臨床上棘手的難題。致病性細(xì)菌感染已成為全球公共衛(wèi)生的******威脅之一，其引起的高死亡率和難以治愈的問題一直是研究的熱點(diǎn)。抗生素是目前應(yīng)用最廣泛的細(xì)菌性傳染病的治療方法。然而，長期濫用抗生素會產(chǎn)生大量的耐藥細(xì)菌，最后使病患“無藥可救”。由于耐藥細(xì)菌的爆 炸性產(chǎn)生，光治療策略為無抗生素治療帶來了希望。歷經(jīng)長期研探索，越來越多學(xué)者已經(jīng)清楚地認(rèn)識到，單模型光殺菌（光熱或者光動力）很難有效或完全根除細(xì)菌感染。因此，如何賦予PEEK植入體雙重光殺菌特性是保障植入體術(shù)后不發(fā)生反復(fù)感染的關(guān)鍵。
近日，四川大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院鄧怡團(tuán)隊在前期醫(yī)用特種PEEK高分子植入體及表界面研究基礎(chǔ)上，針對以上關(guān)鍵科學(xué)問題，開發(fā)了一種由二維新興MXene納米片和一維鈷納米線（CoNWs）組成的近紅外光激活生物異質(zhì)結(jié)涂層，用于對抗耐藥細(xì)菌（圖1）。與傳統(tǒng)單相材料的固有能帶結(jié)構(gòu)相比，異質(zhì)結(jié)不僅能調(diào)控材料的光吸收閾值來提高光熱轉(zhuǎn)化效率，還可以通過調(diào)控能帶結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)光生載流子的快速分離并有效抑制電子和空穴的復(fù)合，從而大大提高活性氧（ROS）的產(chǎn)率，為同時實(shí)現(xiàn)光熱/光動力一體化帶來了可能。
圖1. Ti3C2/CoNWs二維納米異質(zhì)結(jié)及改性PEEK表面示意圖
Ti3C2/CoNWs涂層在近紅外光觸發(fā)下產(chǎn)生的光熱和光動力學(xué)效應(yīng)可以在20分鐘內(nèi)對革蘭氏陽性金葡萄球菌/革蘭氏陰性大腸桿菌就行殺滅，達(dá)到90%以上的抗菌效果（圖2）。此外，體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明異質(zhì)結(jié)具有較好的細(xì)胞相容性。綜上所述，該新型MXene/CoNWs生物異質(zhì)結(jié)涂層賦予了PEEK植入體優(yōu)異的雙重光熱/光動力協(xié)同抗菌特效，大大拓寬了PEEK植入體在感染性骨缺損修復(fù)領(lǐng)域的臨床應(yīng)用，避免了抗生素耐藥菌的科學(xué)難題。
圖2. 光殺菌細(xì)菌評價
以上相關(guān)成果以“Synergism of 2D/1D MXene/Cobalt Nanowire Heterojunctions for Boosted Photo-Activated Antibacterial Application”為題在線發(fā)表于Chemical Engineering Journal（https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.128209）。四川大學(xué)化工學(xué)院研究生劉蕓秀為該論文第一作者，四川大學(xué)化工學(xué)院鄧怡研究員為通訊作者。本研究工作得到國家自然科學(xué)基金（81801848, 81961160736）、四川省科技廳科研項目（2018JZ0026, 21YYJC2898）、中科協(xié)青年人才托舉工程計劃、成都市國際合作項目（2017-GH02-00025-HZ, 2020-GH03-00005-HZ）、川大高分子材料工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主課題（sklpme2019-2-05）、川大青年科技學(xué)術(shù)帶頭人培育項目等的資助。
