基于環(huán)狀構(gòu)象兩性離子聚合物的抗粘附/光熱殺菌表面性能分析

摘要 耐藥細(xì)菌附著在醫(yī)療器械表面易引起感染，對(duì)公眾健康造成嚴(yán)重威脅，因此，研發(fā)長(zhǎng)效抗粘附與殺菌表面具有重要的意義。本研究在玻璃基底表面順序沉積聚多巴胺（PDA）、銀納米粒子（AgNPs）和PDA，然后在PDA 表面接枝環(huán)狀構(gòu)象的聚磺酸甜菜堿（PSBMA），構(gòu)建了具有抗粘附與光熱殺菌作用的雙重抗菌涂層PAP-PSBMA-loop。該涂層具有兩性離子聚合物表面優(yōu)良的抗污能力和PDA 與AgNPs 良好的光熱轉(zhuǎn)化能力，在近紅外光輻照下顯示出優(yōu)異的抗細(xì)菌粘附與殺菌性能，與細(xì)菌共孵育7 d 后，表面的細(xì)菌覆蓋率僅為1.7%，有效地阻止了生物被膜的形成，在光照下可殺滅99%以上的表面細(xì)菌。

關(guān)鍵詞 光熱殺菌；抗菌表面；環(huán)狀構(gòu)象；抗污涂層；銀納米粒子

隨著醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展，各類(lèi)醫(yī)療器械與植入體在診療中的應(yīng)用日益廣泛，每年超過(guò)千萬(wàn)個(gè)植入裝置被植入人體[1]。雖然植入手術(shù)通常伴隨著抗生素治療，但是因植入材料表面粘附了致病細(xì)菌而引起的感染仍是臨床上常見(jiàn)的并發(fā)癥[2]。這種感染主要源自致病細(xì)菌粘附在植入體表面后形成了生物膜，增強(qiáng)了在膜中生長(zhǎng)的細(xì)菌對(duì)外部殺菌劑與宿主免疫系統(tǒng)的抵抗能力，導(dǎo)致治療需要使用更大劑量的抗生素，這不僅加速了耐藥細(xì)菌的產(chǎn)生，還會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生毒副作用[3-7]。為了解決這個(gè)難題，研究者開(kāi)發(fā)了各種抗菌表面以對(duì)抗細(xì)菌在表面的定植和形成生物膜。

研究發(fā)現(xiàn)，在材料表面引入合適的光熱材料，在特定波長(zhǎng)的光照射下能迅速升溫，通過(guò)破壞細(xì)胞膜完整結(jié)構(gòu)并滅活關(guān)鍵的蛋白質(zhì)和核酸來(lái)殺死材料表面粘附的細(xì)菌[8-10]，其中，基于近紅外光的光熱治療（PTT）因具有組織穿透性深、選擇性高和無(wú)耐藥性等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用[11]。目前，用于光熱抗菌治療的光熱材料包括石墨烯[12-13]、金屬納米粒子[14]、二硫化鉬納米片[15]和聚多巴胺（PDA）等，其中， PDA具有生物相容性好、光熱轉(zhuǎn)換效率高和易于功能化等優(yōu)點(diǎn)[16-19]，而銀納米粒子（AgNPs）除具有光熱效應(yīng)之外還具有廣譜殺菌功能[20-21]，尤其引起研究者的關(guān)注。

雖然PTT 可有效殺死細(xì)菌，但死細(xì)菌仍殘留在表面，使后續(xù)的活細(xì)菌更易附著生長(zhǎng)，導(dǎo)致感染復(fù)發(fā)[22]。因此，材料表面的抗菌粘附能力對(duì)其長(zhǎng)期抗菌性能非常重要。兩性離子聚合物的每個(gè)重復(fù)單元中都有兩個(gè)帶電基團(tuán)，具有較強(qiáng)的溶劑化和形成氫鍵的能力，固定在基底上可在表面形成致密的水合層，有效阻止蛋白質(zhì)和細(xì)菌等污染物的粘附，延緩生物膜的形成[23-25]。最新的研究證明，表面接枝的環(huán)狀構(gòu)象的兩性離子聚合物因不存在鏈端基團(tuán)，減弱了其與污染物的相互作用，而且具有更強(qiáng)的空間排斥能力，使得其比同類(lèi)線(xiàn)形構(gòu)象的分子能夠更有效地抵御細(xì)菌粘附[26]。

本研究利用PDA 和AgNPs 的光熱效應(yīng)和殺菌能力，結(jié)合環(huán)狀兩性離子聚合物優(yōu)良的抗污特性，在基底表面上順序沉積PDA、AgNPs 和PDA，并接枝聚磺酸甜菜堿（PSBMA）環(huán)狀分子，構(gòu)建了一個(gè)兼具抗菌粘附與光熱殺菌的雙重抗菌表面，探究了其光熱殺菌及抗生物被膜形成能力，并將其成功應(yīng)用于多種基底材料（圖1）。