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四川大学王云兵教授课题组《Chem. Eng. J. 》:超亲水聚多巴胺平台,一种用于血液接触类材料抗凝抗菌涂层的新策略
2020-08-07  来源:高分子科技

  血液接触设备包括植入器械、留置医疗器械和体外循环器械等广泛用于临床实践。然而,尽管已经使用了数十年,血栓和感染仍然是治疗失败的主要原因。为了减少血栓形成和感染发生,抗凝药物(例如肝素)和抗生素常用于临床实践。然而,肝素的使用会导致严重的不良反应,包括自体出血、血小板减少、及皮下组织明显坏死等;而抗生素的应用会引起细菌耐药,这给感染性疾病的治疗带来了许多新问题。因此,迫切需要提出一种新的策略,替代肝素和抗生素的使用,以达到抗凝和抗感染的协同作用。


  一旦器械与血液接触,血浆蛋白会在材料表面粘附和变性从而引发急性血栓和急性炎症;而且,器械感染的初始阶段是细菌在材料表面发生可逆的粘附。因此,构建抗污平台可以有效的阻止血栓和感染的发生。据研究报道,超亲水表面不仅具有抗污性能,而且还具有良好的生物相容性。目前被广泛使用的超亲水涂层主要包括聚乙二醇分子刷和两性离子聚合物涂层,然而这两种涂层的使用都有一定的限制,如高度依赖表面修饰密度、表面均匀性和聚合物链长度等,此外,两种涂层的免疫原性和稳定性也是需要考虑的问题。四川大学国家生物医学材料工程技术研究中心王云兵教授团队构建了一种具有抗污性能的新型超亲水涂层。


图1. 受贻贝启发的超亲水涂层的制备示意图。


图2. 超亲水涂层沉积在PVC管材基底(a),涂层的表面形貌(b)和水接触角(c)。


  在高碘酸钠的作用,多巴胺和Ag+被快速氧化、聚集形成聚多巴胺/银的复合纳米颗粒并沉积在PVC管材内腔和外侧。涂层表面大量的亲水基团如羧基、氨基、酚羟基,协同微纳拓扑结构,使得该新型聚多巴胺涂层的水接触角小于5°,具有超亲水性能。


图3. 血液半体循环实验(a);各种材料管腔内血栓形成情况(b)及内表面抗血栓形成能力比较(c)。


  该超亲水涂层表面不仅可以有效的抑制蛋白质的非特异性粘附,还可以维持所粘附蛋白的天然构象,从而抑制材料表面血栓的形成,使得涂层表面具有优异的抗凝血性能。


图4. 在不同材料周围形成抑菌圈(a),不同细菌在各个样品表面的粘附情况及活性(b)。


  在抗污平台的协同作用下,该新型超亲水涂层表面负载低剂量的银离子等即可实现优异的抗菌性能。而且,涂层具有优异的长效抗菌性能。


  基于贻贝灵感的多功能新型超亲水平台具有优异的抗血栓和抗菌性能,且制备过程简单,涂层结构稳定、安全,表明这种新的设计策略可为新型抗凝、抗菌界面设计提供新的思路。


  该论文工作由四川大学国家生物医学材料工程技术研究中心王云兵教授团队完成,并发表在Chemical Engineering Journal 402 (2020) 126196上,论文第一作者是博士生李林华,通讯作者是王云兵教授罗日方副研究员。王云兵教授团队长期致力于血管支架、心脏瓣膜、血液接触导管等材料与器械的基础研究与应用研究工作,上述工作得到了十三五国家重点研发计划专项、国家自然科学基金及111引智基地项目的资助。


  原文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S138589472032324X

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