“细菌无法附着在医疗器械表面”……GIST-KIST开发抗菌水凝胶[读懂科学]

by Kim Jonghwa

Published 12 Mar.2026 09:51(KST)

抗生素耐药菌生物被膜最高抑制60%…发表于国际学术期刊《Nano Letters》

一种可预防医院使用的导管或人工关节等医疗器械表面因细菌附着而引发感染的新型抗菌材料技术已经开发完成。这是一种在抑制对抗生素具有强耐药性的细菌形成生物被膜的同时，对人体细胞仍然安全的表面涂层技术。

光州科学技术院(GIST)化学系教授 Seo Jiwon 与韩国科学技术研究院(KIST)研究员 Kim Jaehong 共同领导的研究团队于12日表示，他们开发出一种可有效抑制抗生素耐药菌在医疗器械表面形成生物被膜的多功能抗菌水凝胶。研究成果发表在国际学术期刊《Nano Letters》上。

调控肽样聚合物比例所导致的纳米结构与功能变化示意图。图中展示在明胶水凝胶中，随抗菌肽样聚合物结合比例变化，自组装结构发生改变，并在最优条件下抑制细菌黏附和生物被膜形成，同时将细胞毒性降至最低的过程。研究团队提供

在医院中使用的导管、支架、人工关节等医疗器械表面，细菌极易附着并形成生物被膜。生物被膜是在细菌自我形成的保护膜内部聚集成群的结构，抗生素难以渗透，被视为医院感染的主要原因。一旦形成，治疗就十分困难，不仅会延缓患者康复，还会提高院内感染扩散的风险。

为解决这一问题，研究团队利用了一种名为肽样分子（peptoid）的人工蛋白质类似物。肽样分子通过模仿天然蛋白质结构，可以被设计成杀灭细菌或阻止细菌附着在表面的功能材料。研究团队将其与明胶基水凝胶结合，并通过在凝胶内部自发形成纳米结构的自组装方式，同时实现抗菌功能与安全性。

尤其是，研究团队并非单纯增加抗菌物质的用量，而是通过调节明胶与肽样分子的结合比例，精确控制其分布结构。结果表明，在肽样分子均匀分散于凝胶内部的结构中，细菌附着大幅减少的同时，杀菌效果仍得以维持，对人体细胞几乎没有影响。

研究团队通过让金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌附着在玻璃、硅胶、不锈钢表面进行实验，从而验证了抗菌性能。实验结果显示，在最优条件下制备的水凝胶，对两种细菌的生物被膜形成均表现出比既有技术高约60%的抑制效果。

此外，该材料并非通过将抗菌物质释放到外部环境中发挥作用，而是设计成由水凝胶表面与细菌直接接触来起效的结构，因此在人体安全性方面也展现出优势。

研究团队合影。自左起为GIST化学系教授 Seo Jiwon、KIST博士 Kim Jaehong 和 Park Ilsu、硕士 Yoon Jaewon、GIST化学系博士研究生 Yoon Heewoong。GIST提供

研究团队表示，该技术可稳定地涂覆在医疗器械表面，在实际医院环境中的应用前景较高。今后有望降低导管、人工关节等多种医疗器械的感染风险，并有助于将抗生素使用量降到最低。

KIST研究员 Kim Jaehong 表示：“本研究表明，仅通过调节分子间的结合比例，就可以主动改变表面特性”，“不仅可用于抗菌功能，还有望发展为可扩展至多种生物界面设计的材料平台”。

GIST教授 Seo Jiwon 表示：“开发能够抑制抗生素耐药菌及其生物被膜扩散的材料，是临床一线极为重要的课题”，“本研究通过将抗菌肽样分子与水凝胶结合，提出了一种抑制生物被膜形成的新型表面材料策略，具有重要意义”。

本研究在科学技术信息通信部 GIST-InnoCORE 项目、韩国研究财团世宗奖学金、地区创新先导研究中心以及生物医疗技术开发项目等的支持下完成。

本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。