具有双重光杀菌特效的聚醚醚酮植入体

聚醚醚酮（PEEK）医用植入体的术后反复细菌感染仍然是临床上棘手的难题。致病性细菌感染已成为全球公共卫生的最大威胁之一，其引起的高死亡率和难以治愈的问题一直是研究的热点。抗生素是目前应用最广泛的细菌性传染病的治疗方法。然而，长期滥用抗生素会产生大量的耐药细菌，最后使病患“无药可救”。由于耐药细菌的爆 炸性产生，光治疗策略为无抗生素治疗带来了希望。历经长期研探索，越来越多学者已经清楚地认识到，单模型光杀菌（光热或者光动力）很难有效或完全根除细菌感染。因此，如何赋予PEEK植入体双重光杀菌特性是保障植入体术后不发生反复感染的关键。

近日，四川大学化学工程学院邓怡团队在前期医用特种PEEK高分子植入体及表界面研究基础上，针对以上关键科学问题，开发了一种由二维新兴MXene纳米片和一维钴纳米线（CoNWs）组成的近红外光激活生物异质结涂层，用于对抗耐药细菌（图1）。与传统单相材料的固有能带结构相比，异质结不仅能调控材料的光吸收阈值来提高光热转化效率，还可以通过调控能带结构实现光生载流子的快速分离并有效抑制电子和空穴的复合，从而大大提高活性氧（ROS）的产率，为同时实现光热/光动力一体化带来了可能。

图1. Ti3C2/CoNWs二维纳米异质结及改性PEEK表面示意图

Ti3C2/CoNWs涂层在近红外光触发下产生的光热和光动力学效应可以在20分钟内对革兰氏阳性金葡萄球菌/革兰氏阴性大肠杆菌就行杀灭，达到90%以上的抗菌效果（图2）。此外，体外细胞实验结果表明异质结具有较好的细胞相容性。综上所述，该新型MXene/CoNWs生物异质结涂层赋予了PEEK植入体优异的双重光热/光动力协同抗菌特效，大大拓宽了PEEK植入体在感染性骨缺损修复领域的临床应用，避免了抗生素耐药菌的科学难题。

图2. 光杀菌细菌评价

以上相关成果以“Synergism of 2D/1D MXene/Cobalt Nanowire Heterojunctions for Boosted Photo-Activated Antibacterial Application”为题在线发表于Chemical Engineering Journal（https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.128209）。四川大学化工学院研究生刘芸秀为该论文第一作者，四川大学化工学院邓怡研究员为通讯作者。本研究工作得到国家自然科学基金（81801848, 81961160736）、四川省科技厅科研项目（2018JZ0026, 21YYJC2898）、中科协青年人才托举工程计划、成都市国际合作项目（2017-GH02-00025-HZ, 2020-GH03-00005-HZ）、川大高分子材料工程国家重点实验室自主课题（sklpme2019-2-05）、川大青年科技学术带头人培育项目等的资助。