在聚氨酯中引入羧基甜菜堿基團(tuán)可生成兩性離子聚合物，這種材料可抵抗生物膜生長長達(dá)六個(gè)月。用這種聚合物制造醫(yī)療器械（如導(dǎo)管）可減少發(fā)生感染患者的人數(shù)。

當(dāng)微生物降落在物體表面上時(shí)，自然會(huì)形成生物膜。微生物在嵌入細(xì)胞外聚合物基質(zhì)的結(jié)構(gòu)化群落中累積。大約80％的人類細(xì)菌感染涉及生物膜，其結(jié)構(gòu)使其對抗生素具有高度的耐受性。

因此，許多研究小組正在開發(fā)微生物無法粘附的表面。2007年，美國華盛頓大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)證明兩性離子聚合物可以抵抗生物膜生長10天后，這種令人興奮的可能性出現(xiàn)了。兩性離子聚合物通過在頂部形成水分層來抵抗細(xì)菌粘附，從而形成了物理障礙。但是，這些材料存在機(jī)械問題，因此無法在實(shí)際應(yīng)用中使用。

現(xiàn)在在芝加哥的伊利諾伊大學(xué)，相關(guān)人員通過調(diào)整普通材料聚氨酯的防污性能解決了這一問題。他說：“我們的策略是將羧基甜菜堿前體作為一種新成分摻入聚氨酯中，或替代聚氨酯合成中的一種成分。合成非常簡單，反應(yīng)物非常便宜。這種材料的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以通過注塑或其他傳統(tǒng)的聚合物加工方法進(jìn)行加工。”

羧基甜菜堿前體通過快速，自催化的水解作用產(chǎn)生防細(xì)菌的兩性離子層，從而提供了防污性能。結(jié)合聚氨酯的可調(diào)節(jié)機(jī)械性能，該團(tuán)隊(duì)生產(chǎn)出了可以適應(yīng)不同應(yīng)用的表面。先前的研究評估了24小時(shí)內(nèi)生物膜的生長，研究顯示表面在最長兩周內(nèi)沒有生長。小組將材料在富含營養(yǎng)的培養(yǎng)基中暴露于銅綠假單胞菌和表皮葡萄球菌的六個(gè)月，發(fā)現(xiàn)該物質(zhì)完全阻止了生物膜的生長。

相關(guān)人士表示：“六個(gè)月后生物膜的零形成確實(shí)令人印象深刻。該方法也易于使用。銅綠假單胞菌和表皮葡萄球菌與生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用有關(guān)，因此，這些都是非常重要的結(jié)果。”

目前，患者不能使用同一根導(dǎo)尿管超過三個(gè)月，而更換它們可能會(huì)很痛苦。 他樂觀地認(rèn)為，這種新材料可能會(huì)使醫(yī)療器械的使用時(shí)間更長。“這種材料將大大降低與醫(yī)療設(shè)備相關(guān)的感染率。如果我們能夠解決生物膜問題，則可以減輕患者的痛苦并挽救許多生命。我們還證明了這種材料可以延緩血液凝固，這意味著患者不必服用抗凝藥即可預(yù)防醫(yī)療器械引起的血栓。”該小組還建議將其作為船舶涂料中的防污成分在環(huán)境中的應(yīng)用。

“這是潛在的重要貢獻(xiàn)，因?yàn)閹资陙矸牢郾砻娴陌l(fā)展一直是微生物學(xué)和材料科學(xué)領(lǐng)域的圣杯。”相關(guān)人員說，“我們已經(jīng)知道某些兩性離子聚合物對生物膜形成的抵抗力，但這是這種性質(zhì)首次被引入到工程聚合物中，例如這種聚氨酯。”

團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在專注于調(diào)整材料并針對不同的應(yīng)用進(jìn)行測試。“這項(xiàng)直接工作花了我們3年時(shí)間，這一目標(biāo)建立在10年來的想法之上，我們也站在這一領(lǐng)域的先驅(qū)者身上?，F(xiàn)在，我們已經(jīng)幾乎能解決這個(gè)長期存在的問題。”