在一些敏感的公共场所区域，为了减少细菌传播带来的危害，通常需要大量以及频繁的使用含氯消毒水和消毒酒精等消毒剂进行消杀处理。尽管这种过量且多次的使用消毒剂能够满足公共卫生防护的要求，但是需要较高的作业频率以及成本，并且这类刺激性的消毒剂也会对人的呼吸道产生危害。因此，构建具有长效和快速杀菌且绿色安全的可接触抗菌防护膜对敏感公共区域的卫生防护具有重要意义。
近日，广西大学林宝凤教授团队以可生物降解的羧甲基壳聚糖为基材，通过原位还原的方式引入少量的纳米银（0.08wt%）增强抗菌性，采用原位不对称交联的策略在目标基底表面快速制备Janus 凝胶膜（CAZ）用于按需杀菌。实验结果表明，基于锌离子在成膜液表面的由外向内的扩散，从而在其表面发生不对称配位交联而形成具有高交联度的正面以及低交联度背面的不对称结构Janus凝胶膜。这种方法可以在玻璃、木材、塑料、金属以及陶瓷等材料表面快速制备CAZ，实现按需定位成膜。此外，由于不对称交联，其正面有更多的羧基、羟基和氨基等活性基团发生配位交联，而背面更多自由的活性基团产生粘附性。因此，CAZ展示出不对称粘附的特性，其正面无粘性可触摸，而其背面可以牢牢粘附在基底表面。在成膜的过程中，由于背面的粘附性使其成型后契合基底的外形轮廓，表现为自契合成膜，结合其高透明特性，其能够更多保留被防护部位的特征从而不影响其视觉效果。抗菌实验结果表明，CAZ对大肠杆菌(E. coli)和金黄色葡萄球菌(S. aureus)均具有较强的抑制性，其最小抑菌浓度（MIC）分别为10.24 mg/ml (E. coli) 和 1.28 mg/ml (S. aureus)。在目标物表面制备CAZ后，展示出快速接触杀菌的特性，在接触10 min内可以实现超过95%的杀菌率，并且在多次循环（9次）接触以及长时间（10天）放置后均能保持其接触杀菌性能。更重要的是，在不同的湿度以及温度条件下，CAZ仍能快速灭杀其表面的细菌，因此适用于多种复杂的使用环境。此外，本研究首次使用数字全息显微镜 (Digital Holographic Microscope: DHM) 研究膜的接触抗菌性能，通过观察细菌在CAZ表面的3D运动轨迹来更直观的评估接触抗菌性能。此外，细胞毒性测试结果表明这种Janus凝胶膜具有较好的生物安全性，在使用过程中不会对人体产生损害。因此，通过原位快速制备这种Janus凝胶膜在敏感区域部位可以实现快速和长效的按需杀菌，代替传统的过量和频繁使用消毒剂的方案，提供了一种绿色安全的公共卫生防护策略。
图1. Janus 凝胶膜 (CAZ) 的制备: a) 不对称交联构建Janus 凝胶膜示意图; b) CMCS/AgNPs, CAZ以及不对称粘附特性图片; c) 在不同材料表面制备的CAZ.
图2. CAZ的不对称结构：a) CAZ背面照片; b) CAZ 横截面光学显微图片；CAZ （冻干）的不对称结构SEM图；d) CAZ断裂面的EDS元素分布图。
图3. 不对称粘附性能：a) CAZ 的正面以及背面的粘附行为；b) CAZ 背面对不同材料的粘附特性；c) 剪切粘附测试示意图；d) 剪切粘附力曲线；e) CAZ 的正面以及背面对不同材料的粘附剪切强度；f) CAZ (烘干样品) 的正面与背面的AFM测试力曲线。
图4. CAZ的接触杀菌性能：a) 接触杀菌实验示意图；b) 含有不同AgNPs 含量的CAZ 与细菌在不同接触时间的杀菌率；c) 放置不同时间的CAZ的接触杀菌率；d) 重复多次感染的CAZ接触杀菌率；e) 细菌在对照组以及CAZ膜表面的不同接触时间时的密度分布 (z: 细菌与膜的垂直距离，V3D: 瞬时三维速率)。
该工作以“In Situ Ultrafast Construction of Polysaccharide-Based Janus Hydrogel Films by Asymmetric Cross-Linking for On-Demand Sterilization”为题发表于《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》。论文的通讯作者为广西大学化学化工学院林宝凤教授，第一作者为2021级博士研究生邓永福。该研究得到国家自然科学基金（22175045）和广西自然科学基金重点项目（2021GXNSFDA220005）的资助。
原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.4c02961
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