瑞士联邦理工学院领域内的跨学科材料科学与技术研究所Empa（Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology）正在推进一项以纳米材料对抗病原体的研究计划。由Peter Wick领导的健康纳米材料实验室长期研究高专用材料与人体的相互作用、潜在健康风险及其在医疗问题中的应用可能。

关注抗生素耐药性与替代方案

Wick表示，其团队在相关方向已开展研究超过二十年。他同时担任健康科学与技术系讲师，并自2023年起为兼职教授，与苏黎世联邦理工学院保持紧密合作。团队重点关注抗生素耐药性上升带来的挑战。Wick指出，现有抗生素对部分病原体的控制能力正在下降，因此需要新的感染治疗与预防手段。

研发新一代超薄透明抗菌涂层

纳米材料此前已在医学中应用，例如银、铜或二氧化钛等金属基材料，但相关材料存在局限：部分可能引发过敏反应，且有些对细菌有效、对病毒作用有限。为此，健康纳米材料实验室正开发新一代材料以克服上述限制。

2023年，Wick引入化学家Giacomo Reina担任项目负责人，负责梳理并确定新型抗菌纳米材料的关键构建模块。该研究的灵感来自捷克合作伙伴——奥洛穆茨帕拉茨基大学团队开发的一种基于石墨烯的材料。Reina随后推动将其转化为可用于对抗有害微生物的材料体系，并提出材料需同时满足抗菌性、组织相容性、环境友好性与稳定性等要求。

目前，实验室的首个候选材料以氧化石墨烯为基础，并嵌入聚乙烯醇（食品工业中使用的一种塑料）形成涂层。研究人员称，该涂层“超薄且完全透明”，可在不影响外观的情况下应用于多类医疗器械。Reina表示，团队已合成四种不同材料以优化性能，并称据其所知，这些属于首批“基于石墨烯酸的抗菌涂层”。

以光触发反应：近红外照射下产生氧自由基

研究团队指出，部分纳米材料的抗菌能力需要在光照条件下被激活。Wick的实验室此前也参与开发过无需光激活即可自然抗菌的材料，用于医院窗帘等场景；但在其他应用中，光激活被认为具有可控性优势，可通过光能实现“开关”或调节抗菌强度。

在实验中，团队使用近红外灯作为能量来源，该设备也用于医院疼痛治疗。研究人员在黄橙色光照射下将装有纳米材料的小瓶加热至约44摄氏度。团队描述，过程中一方面热量会削弱微生物；更关键的是，光触发纳米材料与空气中氧气发生化学反应，生成氧自由基等高活性分子，从而破坏细菌表面，使其失活或在理想情况下实现永久中和。

团队同时指出，红外光可穿透体组织约两厘米，这使其有望用于激活皮下植入物表面的抗菌涂层。

在生物安全设施中测试：对耐药医院细菌表现突出

为验证材料效果，Empa的生物界面实验室在生物安全设施中对新材料进行评估。研究团队将材料与两种危险且常见耐药的医院细菌以及一种病毒进行对抗测试。

结果显示，四种材料中的第一种表现最为突出：对其中一种细菌的抑制接近100%，对另一种约为91%，研究人员称该表现“远超目前使用的银基涂层”。

在安全性方面，实验室还使用培养的皮肤细胞评估材料是否引发副作用，团队表示目前未见相关担忧，同时也未观察到微生物产生耐药性的迹象。

针对实验中约44摄氏度的温度是否可能带来组织损伤的问题，Wick表示该效应为局部作用，组织损伤极小，治疗结束后组织可完全再生。

首个应用聚焦牙科植入物，临床路径仍需时间

研究团队称，概念验证已完成，但后续仍需针对不同应用设计不同化学配方与照明方式，以实现更精细的抗菌调控。例如，以激光替代红外灯可实现更高精度的激活。

团队也强调，关键检验在于材料能否在人体内发挥作用，因为微生物常以生物膜形式聚集，生物膜可增强其对抗生素等威胁的防御能力。

在两家基金会支持下，团队将牙科作为首个实际医疗应用方向。研究人员指出，牙科植入物可能引发严重感染，部分情况下感染可扩散至颌骨甚至全身。博士生Paula Bfcrgisser自2025年夏起围绕该方向开展博士研究，由苏黎世大学牙科医学中心Roland Jung教授指导，并在圣加仑与苏黎世两地之间进行材料开发与抗菌测试。

按照团队设想，牙科植入物与牙龈接触的上部将涂覆纳米材料，植入后通过光照清除表面微生物；该处理可在例行检查或感染复发时重复进行。Reina表示，现有测试显示材料可反复激活且抗菌效果不减。

团队希望在未来三至四年内引入私营合作伙伴，推进至临床试验阶段。但Wick同时表示，即便进展顺利，该技术进入日常患者护理仍可能需要10至15年。

除抗病毒与抗耐药细菌方向外，Wick还提到团队关注基于纳米材料的超灵敏传感器开发，以及癌症等疾病的治疗方案研究。