为长期与人体接触的医疗设备制造抗菌材料是一门精致的艺术。Morgan Alexander和他的团队满怀激情地追求这门艺术。

通过筛选聚合物来衡量细胞对其表面或形状的反应，Alexander和他的研究人员已经创造了一种在医疗应用中抑制细菌生长的材料。在最新的研究中，该团队发现，医疗设备中经常使用的一种聚氨酯的特定形状可以防止一种细菌在受感染的小鼠身上附着，还可以限制小鼠形成的疤痕组织的数量。这一发现对于配制人体不会排斥的可植入设备的材料可能至关重要。

该团队的早期成功之一是其Bactigon抗菌材料，该材料已被合作伙伴公司CamStent应用于导尿管。

诺丁汉的研究人员不仅评估了各种塑料的表面如何抑制细菌和生物膜的生长，而且还评估了这些表面的形状如何阻碍细胞和组织中的细菌。亚历山大的团队与荷兰的Jan de Boer紧密合作，后者创造了一个名为TopoChip的评估工具。这个微小的测试平台--一个2x2厘米的芯片--被分为66行和66列的TopoUnits，即尺寸为290微米的正方形。

“我们做了深入的研究，让细胞对不同的地形作出反应（也）同时使用地形和材料化学来寻找最佳材料。”Alexander兴奋地说。

最近，亚历山大和他的团队使用这种 “高通量微地形聚合物芯片”筛选来评估2176种 “组合生成的材料形状”如何影响细菌在表面附着。该研究目标是找到一种特殊的结构，使运动型（能够运动）和非运动型细菌病原体在体外定植环境中增长减少15倍（相比平坦的聚苯乙烯表面）。

Alexander解释说，在使用机器学习方法研究常用于医疗设备的聚氨酯上的细菌减少情况时，研究小组“建立了一套基于可概括的拓扑描述符的设计规则，以预测抗细菌的微观拓扑”。在研究聚合物形状对小鼠感染的影响时，该团队了解到，“抗附着的拓扑结构被证明对铜绿假单胞菌的定植具有抗性。偶然的是，对植入物的纤维化反应减少了，这为利用植入物的形状控制异物反应打开了大门”。

在COVID-19大流行期间，诺丁汉团队将其不断发展的知识体系转向研究能够结合和灭活病毒的聚合物。在赢得这项工作的资金后，该团队正在收集数据，以找到可用于制造防护手套、长袍、面罩和口罩的最佳杀毒材料。

同时，亚历山大和他的同行们希望收集和评估使用其Bactigon材料的现场数据，同时还致力于创建一个材料对各种细胞类型反应的数据库。

他说，最终，该团队希望 “为特定的医疗设备、特定的生物体和特定的环境制定设计规则”。例如，接触人体血液的静脉导管将需要一种与尿液导管不同的材料。对于其他设备，如手术网或伤口护理产品，他补充说，“我们希望采用能给我们带来可预测的免疫反应的材料，并改善身体对植入物的反应。”