高效抗菌的生物质碳制备碳化硼材料
一、成果简介
当前抗菌技术高度依赖化学杀菌剂，长期使用导致细菌耐药性加剧，且残留药物引发严重环境污染。现有物理抗菌材料（如纳米银、氧化锌）虽可规避耐药性问题，但普遍存在制备成本高、作用浓度大、杀菌效率低等缺陷，尤其对革兰氏阳性菌等厚壁菌种灭活效果不足。开发兼具高效性、安全性及成本优势的新型抗菌材料，成为解决医疗感染、食品安全、水处理等重大公共卫生问题的迫切需求。
本成果以生物质碳资源化利用为核心，突破传统碳化硼材料高能耗制备技术壁垒，首创基于棉花，面粉，玉米须，纸巾和落叶等可再生原料的气-液-固催化生长工艺，构建自支撑碳化硼（B4C）纳米线阵列（图1）。该材料通过“吸附-穿刺”与“结构分解”双效协同机制实现物理灭菌：纳米线尖端镍球凭借强界面吸附突破细菌表面张力阈值，完成细胞膜定向穿刺；纳米线本体与细胞壁接触后诱导其肽聚糖层分解，加速胞内物质泄漏（图2）。实验证实，B4C在10 μg/mL超低浓度下即可对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌等常见致病菌实现100%灭杀，并且对多重耐药菌（鲍曼不动杆菌）仍保持完全杀灭能力。本成果为开发低成本、无耐药性风险的广谱抗菌材料提供新范式，可广泛应用于创伤敷料、医疗器械涂层、水处理等民生关键领域。
成果达到国际领先水平，首次实现生物质碳化硼纳米线的可控合成与双效协同灭菌机制创新，在超低作用浓度（10 μg/mL）、多重耐药菌完全灭活及生物质绿色转化等核心指标上显著优于国内外同类技术。
图1.生物质碳合成碳化硼纳米线
图2.碳化硼纳米线高效杀菌
二、应用领域
主要面向医疗健康、环境治理领域，重点应用于以下场景：
医疗场景：创面敷料、手术器械抗菌涂层等，服务家庭护理及医院场景；
水处理场景：供水系统抗菌滤膜、医疗废水处理模块，合作对象涵盖环保科技企业、水务集团及公共卫生管理机构。
三、市场前景
本成果面向全球抗菌材料市场，针对化学杀菌剂耐药性泛滥及物理抗菌材料成本高、效率低的核心问题，通过生物质碳制备高性能杀菌碳化硼材料。相较于纳米银、氧化锌等主流物理抗菌材料，其核心竞争力在于以废弃生物质（棉花、玉米须等）替代高纯度原料，结合气相催化工艺实现低成本规模化制备，同时依托“吸附-穿刺”与“结构分解”协同机制，在10 μg/mL超低浓度下即可实现广谱高效杀菌，较传统物理材料作用浓度大幅降低。本成果兼具原料易得性、无化学残留、无耐药风险及高效广谱杀菌性能，可无缝对接高速增长的医用敷料、医疗器械涂层、水处理膜等市场，高度契合全球绿色医疗与可持续发展趋势。通过原料成本控制与工艺优化，在医药健康、水处理等领域中具备显著价格优势，为替代化学杀菌剂及传统物理杀菌材料提供兼具安全性与经济性的解决方案。
图3.碳化硼伤口敷料
四、知识产权
1、成果由北京理工大学单独持有；
2、本成果正在申请专利。
五、合作方式
合作开发、技术服务和咨询、技术许可、技术转让等。
六、对接方式
（1）合作意向方联系北理工技术转移中心；
（2）北理工技术转移中心沟通了解意向方情况；
（3）会同成果完成团队与意向方共同研讨合作方案。
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