“光控杀菌”水凝胶来了：机械性能灵活调，15-30 分钟攻克多重耐药菌 / 病毒

全球多重耐药菌（MDR）感染危机日益严峻，不仅导致医院获得性感染治疗失败率攀升，还通过人畜共患病传播扩大威胁范围。近日，发表于《ACS Applied Polymer Materials》的一项研究推出创新解决方案 —— 玫瑰红（RB）嵌入阳离子水凝胶，通过光动力疗法实现对多重耐药菌和病毒的快速灭活，为伤口敷料、医疗表面消毒等场景提供了全新技术路径。

多重耐药菌对三类以上抗生素具有抗性，已成为全球公共卫生的重大挑战。据统计，美国每年约 170 万例医院获得性感染与耐药菌相关，死亡率达 5%-6%。更严峻的是，动物养殖业中抗生素滥用导致的人畜共患病耐药菌传播，进一步加剧了防控难度。传统消毒方式或化学药剂存在毒性强、易诱导耐药性等缺陷，而光动力疗法凭借非特异性氧化机制，成为对抗耐药菌的潜力方向。

图1：展示阳离子水凝胶与 RB 嵌入水凝胶的紫外诱导光聚合合成流程及实物图

该研究团队通过紫外诱导光聚合技术，仅用 30 分钟便制备出 RB 嵌入聚（AEMA-TEGDMA）水凝胶。材料以阳离子单体 2 - 氨基乙基甲基丙烯酸酯盐酸盐（AEMA）和交联剂四乙二醇二甲基丙烯酸酯（TEGDMA）为基材，利用静电相互作用和链缠结实现 RB 的均匀分散。这种阳离子特性不仅解决了光敏剂易团聚的难题，还通过 SEM-EDS 和共聚焦显微镜验证，确保 RB 在水凝胶中分布均匀且不易渗漏。

光动力杀菌是该材料的核心优势。在 400-700nm 便携式 LED 光照下（峰值 445nm，强度 48±2mW/cm²），RB 通过 II 型光动力机制产生单线态氧等活性氧（ROS），对病原体进行氧化损伤。实验证实，15 分钟光照即可实现对多重耐药伪中间葡萄球菌（MRSP）99.9999%（6-log）的灭活，对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）、耐碳青霉烯肺炎克雷伯菌（KP）等也达到 99% 以上灭活率。延长光照至 30 分钟后，所有测试细菌均降至检测限以下。

图2：呈现不同交联剂比例的 RB 水凝胶在平衡含水量、溶胀比及机械性能上的差异

抗病毒测试同样表现亮眼。该水凝胶对人类冠状病毒 229E、腺病毒和鼻病毒均能在 15 分钟内实现检测限以下灭活，其中对非包膜病毒鼻病毒的灭活效果突破了传统光动力材料的局限，展现出广谱抗病毒潜力。共聚焦激光扫描显微镜观察显示，光照后细菌细胞膜被氧化破坏，呈现典型的死亡染色特征。

图3：用 LIVE/DEAD 共聚焦图显示 MRSA 经 aPDI 处理后死亡比例提升

材料的机械性能可调性进一步拓展了其应用场景。研究团队通过调节单体与交联剂比例，使水凝胶的压缩韧性在 5.0±0.6 至 186.9±115.1kJ/m³ 之间可控。低交联比例（5%）水凝胶含水量达 95%，高交联比例（40%）则呈现高强度弹性，可根据伤口类型、医疗设备表面需求灵活定制。此外，RB 的低渗漏特性（72 小时内紫外吸收值低于 0.02）和 FDA 批准使用的安全性，为临床转化奠定了基础。

与传统抗菌材料相比，该水凝胶具有三重核心优势：一是作用机制非特异性，避免诱导新的耐药性；二是响应快速，15-30 分钟即可达到高效灭活，远超传统培养检测周期；三是适用范围广，同时覆盖革兰氏阳性 / 阴性耐药菌及包膜 / 非包膜病毒。基因组分析未发现耐药基因富集现象，证实其不会加速耐药菌进化。

该技术的临床应用前景广阔，可作为伤口敷料直接作用于感染部位，也可用于医疗设备表面涂层、动物养殖环境消毒等场景。研究团队表示，下一步将开展体内伤口感染模型测试，验证材料的生物相容性和长期安全性。随着技术转化，这种光激活水凝胶有望成为对抗多重耐药菌感染的 "利器"，为人畜共患病防控、医疗消毒体系升级提供关键支撑。

参考文献：Chen L, Scholle F, Gorman C B, et al. Antimicrobial Applications of Photosensitizer-Embedded Cationic Hydrogels with Tunable Mechanical Properties against Multidrug-Resistant Pathogens[J]. ACS Applied Polymer Materials, 2025.