醫院或醫療診所可能看起來是你最不希望得到嚴重感染的地方，然而每年有近170萬美國人發生感染，導致近10萬人死於感染相關的併發症，直接醫療支出達300億美元。據專家介紹，醫療設備，如導管、支架、心臟瓣膜和心臟起搏器是主要的罪魁禍首，占所有感染的三分之二。它們的表面經常被塗上危險的細菌膜。然而，由加州大學洛杉磯分校（UCLA）科學家領導的團隊開發的一種獨特的表面處理方法可以幫助提高這些設備的安全性，同時也減少醫療系統的財務壓力。
這項新技術已經在實驗室和臨床環境中進行了測試，包括在設備表面沉積兩性離子材料的薄塗層，並使用紫外線照射將該層永久性地粘合到底層基材上。由此產生的屏障可以防止病菌和其他潛在危險的有機材料粘附在表面上並感染人。
該團隊的成果於2022年5月19日發表在《先進材料》雜誌上。
在實驗室里，研究人員將這種表面處理方法應用於幾種常用的醫療設備材料，然後測試了修改後的材料對各種類型的細菌、真菌和蛋白質的抵抗力。他們發現，這種處理方法使生物膜的生長減少了80%以上–在某些情況下高達93%，具體取決於微生物菌株。
加州大學洛杉磯分校材料創新系Myung Ki Hong博士教授、該研究的資深作者Richard Kaner說：“修改後的表面對微生物和蛋白質表現出強大的抵抗力，這正是我們所要實現的。”這些表面大大減少甚至防止了生物膜的形成。
“而且我們的早期臨床結果也很出色，”Kaner補充說。
這項臨床研究涉及16名長期使用導尿管的人，他們改用經過新的兩性離子表面處理的硅膠導尿管。這種改良的導尿管是Kaner在其實驗室中成立的一家名為SILQ技術公司的第一個產品，並已被美國食品和藥物管理局（FDA）批准用於病人。
10名患者將他們使用表面處理過的導管的尿路情況描述為“好得多”，13名患者在研究期結束后選擇繼續使用新的導尿管，而不是傳統的乳膠和硅膠選擇。
“幾周前，一位患者來到加州大學洛杉磯分校，感謝我們改變了她的生活–作為一名材料科學家，我從未想過這是可能的，”Kaner說。“她以前的導尿管在四天左右就會被堵住。她很痛苦，需要反覆的醫療程序來更換它們。通過我們的表面處理，她現在每三周來一次，她的導尿管完美地工作，沒有結殼或閉塞–這是她以前的導尿管經常發生的情況。”
加州大學洛杉磯分校加州納米系統研究所的成員，同時也是化學和生物化學以及材料科學和工程的傑出教授Kaner說，這種與導尿管有關的尿路問題說明了困擾其他醫療設備的問題，這些設備一旦插入或植入，可能成為細菌和有害生物膜生長的溫床。這些具有高度彈性的生物膜抽出的致病細胞隨後在體內引起反覆感染。
作為回應，醫務人員經常給使用這些設備的病人使用強效抗生素，這種短期的補救措施帶來了長期的風險，即產生威脅生命的抗生素抗性“超級細菌”感染。Kaner說，抗生素的處方越廣泛和頻繁，細菌就越有可能對它們產生抗藥性。世界衛生組織2014年的一份具有里程碑意義的報告認為這種抗生素的過度使用是一個迫在眉睫的公共衛生威脅，官員們呼籲採取積極的應對措施，以防止“在一個后抗生素時代，幾十年來可以治療的普通感染和輕微傷害可以再次致命”。
Kaner說：“這項技術的優點是它可以在不使用抗生素的情況下防止或盡量減少生物膜的生長。它保護了使用醫療器械的病人–因此也保護了我們所有人–免受微生物耐藥性和超級細菌擴散的影響。”
Kaner說，眾所周知，表面處理的兩性離子聚合物具有極強的生物相容性，它們非常緊密地吸收水分，形成一層薄的水合屏障，防止細菌、真菌和其他有機材料粘附在表面上。而且，他指出，這項技術非常有效，無毒，與目前其他醫療設備的表面處理相比，成本相對較低，如抗生素或銀浸潤塗層。
Kaner說，除了用於醫療設備外，這種表面處理技術還可以用於非醫療領域，有可能延長水處理設備的壽命，並改善鋰離子電池的性能。
這項研究的資金來源包括美國國家衛生研究院、美國國家科學基金會、加拿大衛生研究院、SILQ技術公司和加州大學洛杉磯分校的可持續發展大挑戰。