為長期與人體接觸的醫療設備制造抗菌材料是一門精致的藝術。Morgan Alexander和他的團隊滿懷激情地追求這門藝術。

通過篩選聚合物來衡量細胞對其表面或形狀的反應，Alexander和他的研究人員已經創造了一種在醫療應用中抑制細菌生長的材料。在最新的研究中，該團隊發現，醫療設備中經常使用的一種聚氨酯的特定形狀可以防止一種細菌在受感染的小鼠身上附著，還可以限制小鼠形成的疤痕組織的數量。這一發現對于配制人體不會排斥的可植入設備的材料可能至關重要。

該團隊的早期成功之一是其Bactigon抗菌材料，該材料已被合作伙伴公司CamStent應用于導尿管。

諾丁漢的研究人員不僅評估了各種塑料的表面如何抑制細菌和生物膜的生長，而且還評估了這些表面的形狀如何阻礙細胞和組織中的細菌。亞歷山大的團隊與荷蘭的Jan de Boer緊密合作，后者創造了一個名為TopoChip的評估工具。這個微小的測試平臺--一個2x2厘米的芯片--被分為66行和66列的TopoUnits，即尺寸為290微米的正方形。

“我們做了深入的研究，讓細胞對不同的地形作出反應（也）同時使用地形和材料化學來尋找最佳材料。”Alexander興奮地說。

最近，亞歷山大和他的團隊使用這種 “高通量微地形聚合物芯片”篩選來評估2176種 “組合生成的材料形狀”如何影響細菌在表面附著。該研究目標是找到一種特殊的結構，使運動型（能夠運動）和非運動型細菌病原體在體外定植環境中增長減少15倍（相比平坦的聚苯乙烯表面）。

Alexander解釋說，在使用機器學習方法研究常用于醫療設備的聚氨酯上的細菌減少情況時，研究小組“建立了一套基于可概括的拓撲描述符的設計規則，以預測抗細菌的微觀拓撲”。在研究聚合物形狀對小鼠感染的影響時，該團隊了解到，“抗附著的拓撲結構被證明對銅綠假單胞菌的定植具有抗性。偶然的是，對植入物的纖維化反應減少了，這為利用植入物的形狀控制異物反應打開了大門”。

在COVID-19大流行期間，諾丁漢團隊將其不斷發展的知識體系轉向研究能夠結合和滅活病毒的聚合物。在贏得這項工作的資金后，該團隊正在收集數據，以找到可用于制造防護手套、長袍、面罩和口罩的最佳殺毒材料。

同時，亞歷山大和他的同行們希望收集和評估使用其Bactigon材料的現場數據，同時還致力于創建一個材料對各種細胞類型反應的數據庫。

他說，最終，該團隊希望 “為特定的醫療設備、特定的生物體和特定的環境制定設計規則”。例如，接觸人體血液的靜脈導管將需要一種與尿液導管不同的材料。對于其他設備，如手術網或傷口護理產品，他補充說，“我們希望采用能給我們帶來可預測的免疫反應的材料，并改善身體對植入物的反應。”