ACS Nano：新型纳米创可贴问世 杀菌效果佳且不产生耐药性

纳米材料独特的物理和化学性质使其在复合材料、生物医学等领域得到广泛应用。已经有研究结果表明，纳米材料在抗菌方面存在巨大潜力，应用前景看好。因为随着传统的抗菌材料如抗生素、季铵盐、消毒剂以及杀菌剂等化学药物的大量使用，耐药性原因导致微生物变异种群越来越多，由此引发的全球性微生物灾害事件频频发生。据WHO的有关统计结果，现有的抗生素在未来10～20年后将丧失其抗菌能力，故研发和应用新型抗菌材料，是应对未来危机的唯一良方妙计。

纳米技术的发展，为解决此问题提供了一条新思路，已经有不少纳米材料在抗菌作用方面的研究报道，如纳米金属材料（如纳米银等）、纳米氧化物（如TiO2、ZnO）、碳纳米管以及石墨烯等。近日，中科院长春应用化学研究所曲小刚等人，在石墨烯抗菌研究上取得了新进展，研究结果发表在ACS Nano上。

石墨烯与过氧化氢：两种值得关注的抗菌材料

石墨烯是通过破坏细菌的细胞膜而杀死细胞。石墨烯又可以分为氧化石墨烯（GO）和还原石墨烯，氧化石墨烯纳米悬液在与大肠杆菌孵育2 h之后，对其抑制率超过90%，其抗菌性源于对大肠杆菌细胞膜的破坏。毒理学研究结果表明，氧化石墨烯不仅是一种新型的优良抗菌材料，而且对哺乳动物细胞产生的细胞毒性很小。谭小芳对功能化石墨烯的生物学效应研究有专门的研究，在此不再赘述（谭小芳.功能化石墨烯的生物学效应研究.苏州：苏州大学，2012.）

过氧化氢也是一种优良的抗菌材料。过氧化氢可以杀死伤口细菌，而且不会造成抗药性,但浓度需要达到1M，而这种浓度会对健康细胞造成损害。研究人员尝试使用金属氧化物纳米材料催化分解过氧化氢，使其形成羟基自由基,而羟基自由基是一种比过氧化氢更有效的杀菌剂。这样，研究人员就可以使用较低浓度的过氧化氢。但构成纳米颗粒的材料，自身是对健康细胞有毒性的氧化物，如氧化钒和氧化铁等。

新研究联合石墨烯和过氧化氢，杀菌效果显著

中国科学院长春应用化学研究所曲小刚（Xiaogang Qu）将石墨烯与过氧化氢结合起来，有效避免了过氧化氢在杀菌方面的不足。

据C&EN网站2014年6月10日报道，曲小刚等人使用石墨烯量子点（graphene quantum dots）催化分解双氧水（hydrogen peroxide），使其产生强而有力的杀菌羟基自由基。在类似于创可贴的绷带上，含有石墨烯量子点和少量的过氧化氢，即可显著减少小鼠创伤处的细菌的数量，相关研究成果2014年5月28日发表在“ACS Nano”杂志网站上。

曲小刚等人发明的涂层可以用于伤口消毒，不必使用抗生素（disinfect wounds without the use of antibiotics），如图1所示。在老鼠背上的伤口处,贴上用石墨烯量子点和低浓度的过氧化氢处理过的“创可贴”，则具有杀菌作用(见图1右侧图示，蓝色和绿色)。杀菌作用是石墨烯量子点催化过氧化氢的分解,产生羟基自由基(黄色),穿刺细菌细胞膜所致。



新型“创可贴”也没有可感知的毒性

在另一项研究中，曲小刚和韩国国立交通大学（Korea National University of Transportation）、韩国忠南国立大学（Chungnam National University）、韩国汉阳大学（Hanyang University）以及韩国加图立大学（The Catholic University of Korea）的研究人员合作，在老鼠身上进行实验，结果表明羧基化（carboxylated）的石墨烯量子没有可感知的毒性，相关研究结果2013年7月5日已经在ACS Nano杂志发表。

为了测试碳纳米材料的有效性,研究人员将羧基化石墨烯量子点加入到革兰氏阳性的金黄色葡萄球菌(gram-positive Staphylococcus aureus)和革兰氏阴性的大肠杆菌(gram-negative Escherichia coli)两种类型的细菌悬液中。然后他们确定能够使90%细菌细胞致死所需的过氧化氢用量，与未经处理的细菌悬液用量进行比较。相比之下，未经处理的细胞需要的过氧化氢用量要比经过处理的细胞更多，经过处理的细胞，过氧化氢所需量下降了90%,而且对两种类型的细菌均是如此。

随后研究人员制备涂有抗菌纳米材料的“创可贴”，他们将一个棉衬垫在石墨烯量子点中浸湿,然后在棉衬垫上加100μM的过氧化氢溶液，再将其包裹在老鼠背部的伤口上。但是，作为对照,研究人员仅仅是在棉衬垫滴一些生理盐水，同样包裹在另外一些小鼠的伤口上。三天后,将老鼠身上伤口处的绷带取下来，对细菌进行分析比较，发现纳米材料绷带上的细菌数量仅仅是盐水绷带上细菌数量的万分之一。



研究很有前景 但还有待深入

宁波材料技术与工程研究所吴爱国（Aiguo Wu of the Ningbo Institute of Materials Technology & Engineering）研究员说，尽管这样的结果是很有开发前景,但是在此“创可贴”用于人体临床试验之前，需要对石墨烯量子点进行长期的毒理学研究。吴爱国也认为这些“创可贴”应该对其他细菌,如对青霉素耐药性细菌进行试验，检查其杀菌效果如何。新加坡南洋理工大学的陈元（Yuan Chen of Nanyang Technological University）教授则认为，采用石墨烯量子点作为催化剂激活过氧化氢使其分解的确是一种新奇的想法。他想知道是否这些石墨烯量子点也可以用来激活其他抗菌药物。当然对于各种猜测与推理都需要时间，进行更多的、更深入的相关研究之后才有可能得出结论，让我们拭目以待吧。