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新加坡南洋理工大学科学家利用榴莲壳研发抗菌凝胶绷带

2021-04-20 16:00:20 中国航空报 张宇哲

一款商用硅胶片

新加坡南洋理工大学(NTU Singapore)的食品科学家以榴莲(一种常见的热带水果)的外壳为原料,研发出一种抗菌凝胶绷带。

在东南亚被称作“水果之王”的榴莲披覆着带尖刺的厚厚外壳,外壳部分通常被丢弃,但其中包裹着种子的香甜果肉则是一种美味。

来自NTU的科学家从榴莲外壳中提取出高质量的纤维素,再配合生物柴油厂或肥皂厂丢弃的甘油,最终开发出一种类似硅胶片的柔软凝胶,并可以裁剪成尺寸和形状各异的绷带。他们还将产自面包酵母的天然酵母酚(一种有机分子)添加到凝胶中,为绷带赋予抗菌属性。

由NTU食品科学与技术计划主任William Chen教授领导的这项研究已发表在《ACS可持续化学与工程》(ACS Sustainable Chemistry & Engineering)。

药房出售的传统水凝胶敷料常用于处理外科伤口,它有助于清除多余愈合组织并减少疤痕。普通创可贴和纱布绷带也大多能够保持伤口湿润。

Chen表示,商场中出售的传统水凝胶敷料由复合材料制造,比如聚甲基丙烯酸酯和聚乙烯吡咯烷酮那样的高分子。部分具有抗菌性的产品还添加了包括银离子和铜离子在内的金属离子。这些医用合成材料的制造成本明显高于由自然废弃物生产的新型水凝胶。

一款传统水凝胶敷料

“具有抗生素耐性的超级细菌带来的威胁日益加剧,我们需要更多抗感染手段。抗菌绷带无害且生物相容,是保护开放伤口的一种有效手段。这对于受到慢性创伤的糖尿病患者非常重要。”来自化学与生物医学工程学院食品科技系的客座教授Chen教授解释道,“我们将目前被大量丢掉的榴莲皮和甘油转化为有价值的医疗资源,加速伤口恢复并降低感染率。”

占榴莲质量60%的外皮往往被弃置并烧掉,也是一个严重的环境问题。据Straits Times报道,新加坡2017年进口并消耗的榴莲达14300吨(约1000万只)。

新型有机凝胶绷带无毒并能够自然降解,比传统合成材料绷带产生更少的生态足迹。治疗代谢紊乱方面的专家,NTU李光前医学院副院长Andrew Tan副教授,在针对该发明的发表的独立评论中指出,目前市场上在售的天然或合成水凝胶,帮助部分种类伤口愈合中的有效性已得到人们的认同。

Tan表示,“水凝胶绷带无毒,并能够为创口补充水分,促进自溶性清创(人体内的酶和分泌的粘液软化不良组织并将其清除的过程)。Chen工作中的创新性和独特性在于从榴莲壳中提取纤维素。这的确非常有趣——榴莲壳上的尖刺容易伤人,而从榴莲壳中提取的物质却可用于疗伤。”

为什么需要抗菌创口敷料

与慢性疾病相关的创伤可能演变为常见健康问题,比如较严重的皮肤创伤细菌感染。发表于《欧洲聚合物杂志》(European Polymer Journal)的文章(A. Gupta et al, 2019)统计,市场上每年消耗的创口敷料价值约114亿美元。

新型水凝胶绷带的临床优势在于,其中添加的天然酵母酚能够抑制包括革兰氏阴性大肠杆菌和革兰氏阳性金黄色葡萄球菌在内的细菌滋生,以及生物被膜(一层主要由细菌群落构成的、具有抗生素耐性的膜)的形成。

利用榴莲壳提取物制造的敷料,其大小可定制——既可以用来处理外科伤口,也可以用作普通绷带。

早期概念验证中,将用作创伤敷料的抗菌水凝胶在动物皮肤上进行了试验,48小时内表现出良好的抗菌效果。

在新的概念验证中,水凝胶绷带像目前商用的硅胶片一样被敷在创口上,后者是整形外科手术中减少疤痕的不二选择。

水凝胶的其他应用

有机水凝胶还可以在可穿戴、灵活可拉伸的电子设备中发挥作用,Chen教授在2019年发表于《科学报告》(Scientific Reports)上的一篇论文中曾提出这一设想。

可穿戴设备由小的传感器组成,后者能够检测心率和肢体活动,就像智能腕带一样。这些设备能够帮助医护工作者监测偏远社区老年人的健康状况。

为演示将水凝胶用于可穿戴电子设备的可行性,研究人员利用从豆渣(豆奶生产中的副产物)中提取的纤维素制造了一种能够传导电信号的水凝胶原型。

Chen补充道,“正如我们在论文中展示的,食品科学与工程领域的基础研究带动了许多交叉学科发展,比如卫生保健、生物医学和特种化学。”

这支来自NTU,花费两年时间研究并发表其研究成果的科研团队正寻求商业合作,将他们的抗菌凝胶绷带带向市场。

责任编辑:实习编辑