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西工大尹大川/邓旭东《ACS Macro Lett.》:多巴胺修饰四臂聚乙二醇制备亲水防污涂层
2022-06-10  来源:高分子科技

  近日,西北工业大学生命学院尹大川教授、邓旭东副教授在生物材料表面亲水防污涂层领域研究取得新进展,相关研究成果以“A versatile hydrophilic and antifouling coating based on dopamine modified four-arm polyethylene glycol by one-step synthesis method”为题发表于ACS Macro Letters期刊上。

 


  在材料防污涂层领域,聚乙二醇(PEG)因其优异的水溶性、抗吸附性及生物相容性受到广泛青睐, PEG 附着材料表面时可形成水化层,从而有效降低蛋白质和细菌的吸附已有研究表明,具有环状(cyclic)表面拓扑结构的PEG嵌段聚合物涂层,相比于刷状(brush)结构的PEG涂层能更大程度的降低蛋白质吸附。然而,如何有效地将PEG固定在各种材料表面是一大挑战。贻贝蛋白组分中的邻苯二酚结构赋予贻贝在海洋环境中不同基底表面超强的粘附力,且具有快速、稳定、牢固、可抵抗海水的侵蚀特点,这使得贻贝从“海鲜”变身材料科学领域的“宠儿”。


  多巴胺是具备邻苯二酚结构的典型化合物,因此,本研究多巴胺接枝在四臂PEG末端,通过多巴胺的粘附作用将四臂PEG吸附于金属、硅、玻璃、高分子等多种材料表面,形成增强型环状PEG亲水防污涂层(图1测试结果表明该涂层在多种材料表面粘附牢固,可显著提高材料表面的亲水性(图2),并可有效抵抗细菌和蛋白质的吸附(图3),同时兼具良好的细胞相容性。该多巴胺四臂PEG的合成可在水溶液中完成,其方法简单、过程环保,在各种材料表面的涂层均可通过简单的浸渍法制备因而多种材料特别是组织工程生物材料的亲水防污表面改性中具有极高的应用潜力 


1. 多巴胺修饰的四臂聚乙二醇(4A-PEG-DA)的合成及涂层制备示意图。 


2. 4A-PEG-DA涂层对材料亲水性的影响。(a)基材上的水滴照片(裸露基材、涂层基材和表面活性剂洗涤后的涂层基材);(b)接触角的统计差异;(c)水分子的五种氢键模式(DDAADAADDADA和游离OH)示意图,其中D表示氢键供体,A表示氢键受体。(d,e,f)反卷积拉曼光谱分析水分子Al涂层表面(d)Si涂层表面(e)Ti涂层表面(f)的氢键模式;(g)石英晶体微天平(QCM)监测的金芯片表面上4A-PEG-DA的时间相关归一化频率变化(Δf/n)(h,i)无涂层硅片(h)含涂层硅片(i)原子力显微镜成像。 


3. 材料表面的抗菌吸附(大肠杆菌)和抗蛋白质吸附。(a,d)细菌粘附在无涂层硅片(a)含涂层硅片(d)(b,e)细菌粘附在无涂层铝片(b)含涂层铝片(e)(c,f)细菌粘附在无涂层钛片(c)含涂层钛片(f),绿色为活细菌染色;(g, h, i)12h48h吸附实验后溶液中残留的溶菌酶浓度,硅片(g),铝片(h),钛片(i)。(**p<0.01*p<0.05无涂层表面相比,n=3)。


  西北工业大学生命学院博士研究生王雪霆该论文的第一作者邓旭东副教授为共同第一作者和共同通讯作者,尹大川教授为通讯作者;西安理工大学郑兴教授课题组参与了部分研究工作。该研究工作受到国家自然科学基金、陕西省留学人员科技活动择优资助项目、中央高校基本科研业务费等项目的资助。


  全文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsmacrolett.2c00277
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(责任编辑:xu)
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