2026年5月22日

 

這種「分子刷」塗層可以防止蛋白質黏附在表面上。

 

多倫多大學應用科學與工程學院的研究人員開發出一種無毒塗層，可以防止蛋白質黏附在表面上，這可能為對抗醫院感染提供一種新的工具。 

在這項研究中，由機械與工業工程系助理教授凱文·戈洛文領導的團隊研究了聚二甲基矽氧烷（PDMS，一種矽酮聚合物）的「分子刷」塗層是否可以防止蛋白質黏附在表面上。 

他們發現，PDMS刷能夠排斥蛋白質，性能優於其他材料，這表明它可能有助於防止傳染性細菌在醫療器材上滋生。這項研究成果發表在《化學工程期刊》。

「許多傳染病都是透過接觸傳播的，」戈洛文說道，他是持久防水工程先進材料（DREAM）實驗室的負責人。 「攜帶這些疾病的微生物通常會釋放一層粘性蛋白質，使它們能夠附著在物體表面。如果能夠阻止這些蛋白質的粘附，就能阻止疾病的傳播。” 

戈洛文和他的團隊是設計選擇性排斥特定物質的表面塗層的專家。他們的研究成果應用廣泛，從保持飛機機翼無冰到設計新型不沾鍋具，均有涉及。 

戈洛文說：“目前，保持表面清潔、清除致病微生物最簡單的方法就是用漂白劑等消毒劑清洗。但當然，讓在這些環境中工作的人們長期接觸這些有毒產品並不好。而且，任何時候使用化學品殺死病原體，都會增加某些菌株進化出抗藥性的風險。” 

戈洛文的團隊對聚二甲基矽氧烷（PDMS）進行了廣泛的研究。 PDMS是一種矽酮聚合物，具有柔韌性、透明性和生物相容性。它已被廣泛應用於醫療領域，從隱形眼鏡到乳房植入物都有涉及。 

雖然 PDMS 本身俱有一定程度的抗菌性，但研究團隊認為，透過改變其分子結構，可以大大增強其抗菌能力。 

「PDMS 的一種用途是將聚合物鏈交聯在一起，形成塊狀固體，這種常見的材料就是矽橡膠，」論文的第一作者、博士生 Mehdi Sadeghi 說。 “但我們的表面有所不同：它不是由相互連接的固化鏈構成，而是覆蓋著從表面伸出的長鏈 PDMS——就像刷子的刷毛一樣。” 

但與刷毛不同，這些PDMS鏈並不十分堅硬：它們可以彎曲和擺動，形成一種研究團隊所描述的「液態」表面。這使得細菌分泌的黏性蛋白難以有效附著。 

為了測試它們的表面，研究團隊使用牛血清白蛋白 (BSA)（一種源自牛血的模型蛋白）作為細菌蛋白的替代品。 

他們將溶解在鹽水中的牛血清白蛋白 (BSA) 滴在表面上，以及用其他不沾塗層處理過的表面上。 

「通常情況下，當液滴蒸發時，你會看到BSA移動到邊緣，形成類似咖啡環的痕跡——即使水分完全蒸發後，表面仍然會殘留一個深色的環，」薩德吉說。 「但在覆蓋有PDMS刷毛的液態表面上，我們沒有看到這種情況。相反，由於蛋白質無法粘附，這個環會隨著液滴一起縮小。”

「最後只會留下一點點殘留物，輕輕一碰就會脫落：哪怕只是一小口氣，也能讓它從表面飛走。你也可以用清水沖洗乾淨，而不用像漂白劑這樣的刺激性化學品。”

在團隊的測試中，PDMS 刷毛的抗蛋白質黏附能力甚至優於多氟烷基物質 (PFAS)，PFAS 是一類化學物質，其中包括著名的不黏劑特氟龍。  

鑑於接觸高濃度 PFAS 化學物質與癌症等健康問題有關，PDMS 刷毛可能提供更安全的解決方案。 

戈洛文表示，團隊的下一步工作將包括與研究致病菌的科學研究人員合作，以驗證這種表面是否能像排斥牛血清白蛋白（BSA）一樣排斥真正的黏附蛋白。他們也正在與一些醫療設備製造商合作，這些公司可能希望獲得該技術的許可或商業化。 

該研究部分資金由 Medicom 集團旗下的 Meltech Innovation Canada Inc. 提供。該公司總部位於魁北克省聖厄斯塔什，是全球領先的感染控制產品生產商。

Meltech公司負責科學事務的副總裁兼研發部門負責人Nektaria Markoglou表示，DREAM實驗室的研究正在幫助我們深入了解污染物與材料的相互作用。 「透過支持早期研究，我們正在助力開發更先進、更耐用的防護解決方案，從而更好地保護病患和醫護人員的安全。」Markoglou 說。

Golovin 指出 PDMS 塗層製程具有可擴展性，大規模部署「將取決於優化製造整合」。

戈洛文表示：“我們需要進行進一步評估，以確定既能發揮這項技術顯著防護性能，又能兼顧成本效益的途徑，從而支持其在高價值設備和一次性產品領域的潛在應用。我們對未來的發展前景感到非常興奮。” 

 

[圖像]

（A）上圖，從左到右：一滴混合了蛋白質的水滴在未塗層的玻璃上乾燥，留下粘附在表面的殘留物。下圖，由左至右：當同樣的水滴在塗有PDMS刷的玻璃上乾燥時，殘留物會開裂並從表面脫落。 

（B）俯視圖（上圖）和側視圖（下圖）顯示了水-蛋白質液滴在塗覆有PDMS刷的表面上乾燥的過程。底部一系列影像顯示了殘留物從表面分離的情況。