【UIO-66负载抗菌】基于金属有机框架的抗菌接触表面防止交叉污染的研究

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西班牙加泰罗尼亚纳米科学和纳米技术研究所（ICN2）的 Inhar Imaz 和 Daniel Maspoch 等研究者在《Advanced Materials》2024 年发表的论文（DOI: 10.1002/adma.202403813）中，开发了一种基于金属有机框架（MOF）的抗菌门把手套，通过将碘负载的 UiO-66 微颗粒嵌入可生物降解的聚氨酯聚合物（Baycusan eco E 1000）中，实现了长效抗菌性能。该涂层在模拟真实接触条件下，对革兰氏阳性菌（如金黄色葡萄球菌）、革兰氏阴性菌（如大肠杆菌）及真菌（白色念珠菌）均表现出完全抑制效果，且经过多次污染循环、清洁及染色后仍保持有效性。碘的缓释遵循受阻 Fickian 扩散机制，理论抗菌寿命长达约两年，为医疗环境中交叉污染的防控提供了创新解决方案。

研究背景
1）行业问题
医院感染（如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌感染）每年导致大量死亡，交叉污染是主要传播途径之一。
传统抗菌涂层（如银基材料）存在微生物耐药性、性能不稳定及皮肤刺激性等问题。
2）研究现状
MOFs 因其高比表面积和可控释放特性，被用于抗菌涂层设计，但多数研究依赖金属离子释放或负载抗生素，仍存在耐药风险。
碘作为高效杀菌剂，因挥发性和毒性限制其直接应用，需通过载体材料（如 MOFs）实现可控释放。
3）本文创新
首次将碘负载的 UiO-66 微颗粒与可生物降解聚氨酯结合，制备出兼具长效抗菌性与生物相容性的门把手套。
通过受阻 Fickian 扩散机制实现碘的缓释，延长抗菌寿命至两年，并通过结构设计减少皮肤刺激。

实验与分析
1）材料合成与表征
UiO-66 微颗粒制备：喷雾干燥法合成伪球形 UiO-66，BET 比表面积 965 m²/g，孔径均匀（1-4 μm）。
碘吸附：固态吸附法在 80℃下负载碘，最大吸附量 0.90 mgI₂/mgUiO-66，吸附动力学分为快速扩散（12 小时内）和缓慢物理吸附阶段。
聚氨酯复合膜制备：将碘负载的 UiO-66 分散于 Baycusan eco E 1000 中，形成双层结构膜（活性层含 MOFs，底层为纯聚合物），厚度约 180 μm。
2）性能测试
抗菌效果：通过 RODAC 平板法测试，涂层在 1-5 分钟内完全抑制金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌及白色念珠菌的生长，且经三次污染循环后仍有效。
缓释行为：碘释放分为初期快速释放（12 小时内释放 47-62%）和后期缓慢扩散阶段，释放速率为 2.0-4.8×10⁻³ μgI₂/cm²/min，寿命预测为 721 天（12 小时负载）。
生物相容性：HaCaT 细胞毒性测试显示 IC50 > 0.191 mgI₂/cm²，接触 28 天以上才可能产生毒性，符合实际使用安全标准。
3）机制分析
结构稳定性：PXRD 和 SEM 证实 MOF 在复合膜中保持结晶性，聚氨酯层有效封装 MOFs，防止碘快速流失。
缓释控制：受阻 Fickian 扩散机制通过 Korsmeyer–Peppas 模型拟合，n < 0.45，表明扩散受限于聚合物网络。

总结
1）成功制备基于 MOF 的抗菌门把手套，对多种病原体表现出高效抑制能力。
碘缓释寿命长达两年，且染色、清洁后性能稳定。
2）设计 MOF - 碘 - 聚氨酯复合体系，解决碘的稳定性与缓释问题。
提出受阻 Fickian 扩散模型，量化抗菌材料的长效性。
3）为医疗环境中高频接触表面（如门把手）的交叉污染防控提供新策略。
推动 MOF 在抗菌材料领域的实际应用，拓展可生物降解聚合物的功能性设计。

Metal–Organic Framework-Based Antimicrobial Touch Surfaces to Prevent Cross-Contamination
文章作者：Javier Fonseca, Mary Cano-Sarabia, Pilar Cortés, Jordi Saldo, David Montpeyó, Julia Lorenzo, Montserrat Llagostera, Inhar Imaz, Daniel Maspoch
DOI：10.1002/adma.202403813
文章链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202403813

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