浙工大冯杰/张静团队《ACS AMI》：聚合基材上的“自防御”防污两性离子水凝胶涂层

2022-12-15 来源：高分子科技

图1 “自防御”行为示意图

近期，浙江工业大学材料科学与工程学院冯杰教授、张静副教授团队通过水凝胶和聚合物基材的网络相互渗透，制备了“自防御”和防污的两性离子水凝胶涂层。文中对该水凝胶涂层的“自防御”行为机制进行了研究（图1）。由于两性离子聚合物pSBMA的防污性能，水凝胶涂层可以长期抵制大多数细菌的附着。当少数细菌幸运地逃脱防污并粘附在涂层上时，硫酸庆大霉素（GS）将在细菌代谢引起的弱酸性环境的触发下释放，杀死这些细菌。同时，细菌附着点的涂层会被这些细菌分泌的透明质酸酶降解并脱落，从而去除细菌并更新防污表面。这三种作用协同工作，实现了两性离子水凝胶涂层的 “自防御”能力。基于“自防御”行为，水凝胶涂层能够实现长时间的体内外抗菌粘附（图2和图3）。该工作提出的“自防御”防污的两性离子聚合物水凝胶涂层在聚合物医疗器械的表面上具有很大的应用潜力。该研究工作以"Self-defensive" anti-fouling zwitterionic hydrogel coatings on polymeric substrates为题发表在ACS Applied Materials & Interfaces上。文章第一作者是浙江工业大学张静副教授。该研究得到国家自然科学基金和浙江省自然科学基金的资助。

图2 （A）不同pH条件下GS的累积释放量。裸PDMS和水凝胶涂层的PDMS对大肠杆菌（B）和金黄色葡萄球菌（C）的抑制作用。水凝胶涂层的PDMS和裸PDMS上大肠杆菌（D）和金黄色葡萄球菌（E）的粘附（比例尺= 20 μm）。水凝胶涂层的PDMS和裸PDMS的荧光面积百分比（F）和杀灭效率（G）（*p < 0.05， **p < 0.01， ***p < 0.001）。

图3水凝胶涂层的PDMS（A）和裸露的PDMS（B）细胞毒性。（C）水凝胶涂层的血液相容性。裸体导管（D₁，D₂）、水凝胶涂层导管（E₁，E₂）、感染的裸体导管（F₁，F₂）和感染的水凝胶涂层导管（G₁，G₂）的H&E染色。从组织取出的感染的裸体导管（H）和感染的水凝胶涂层导管（I）表面的菌落图。(J) 导管表面粘附的活细菌的菌落计数。

该工作是团队近期关于两性离子聚合物水凝胶的最新进展研究之一。两性离子聚合物分子链上同时带有阴、阳离子基团，可以通过溶剂化作用牢固结合水分子，具有优异的抗黏附性能、保水性和生物相容性，在生物医用和工程领域中具有宽阔的应用前景。为此团队在过去三年中，团队制备了具有高防污、优异生物相容性和高韧性的双网水凝胶（ACS Appl. Mater. Interface. 2019, 11, 31594-31604；J. Mater. Sci. Technol. 2021, 85, 235-244；Carbohyd. Polym. 2021, 257, 117627）；具有高度透明、自愈、可注射和自粘性可用于3D 打印可穿戴的应变传感器（Mat. Sci. Eng. C-Mater. 2020, 117, 111298）；具有超高韧性、高防污的双网水凝胶（Carbohyd. Polym. 2019, 225, UNSP 115160.）；以及可防止眼部细菌感染的软性隐形眼镜（Eur. Polym. J. 2022, 167, 111037）。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.2c17272

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（责任编辑：xu）

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