體內(nèi)植入物在使用過程中容易成為各種微生物粘附、繁殖的溫床，從而造成病菌感染。病菌感染是造成體內(nèi)植入手術(shù)失敗的重要原因之一，輕則必須取出植入物，重則造成死亡。僅以導(dǎo)尿管舉例，美國每年因?qū)蚬芤鸬哪虻栏腥揪驮斐沙^4億美元的損失。因此，改善植入物的表面性質(zhì)，減少細菌在植入物表面的粘附尤其重要。在植入物表面制備抗菌涂層是比較行之有效的一種方法，目前常見的抗菌涂層往往存在負載的藥物釋放行為難以控制、涂層易損傷等問題，限制了抗菌涂層的有效應(yīng)用。利用抗菌高分子制備具有表面抗菌活性、且具有自愈合效果的抗菌涂層能夠更好地阻止細菌對植入物表面的粘附和污染。
西北工業(yè)大學(xué)黃維院士團隊李鵬教授課題組長期關(guān)注于抗菌高分子材料的設(shè)計、合成以及生物材料表面抗菌涂層的構(gòu)建。近來，該課題組與西北農(nóng)林大學(xué)王林副教授合作，通過在聚乙烯亞胺 （PEI）上修飾疏水的烷基側(cè)鏈，得到了癸基-聚乙烯亞胺（DPEI），能夠有效提高PEI對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等典型條件致病菌的抗菌活性。并且DPEI在水溶液中能夠自組裝形成膠束，利用DPEI膠束和聚丙烯酸（PAA），通過層層自組裝（LbL）的方法制備了在損傷后可在短時間內(nèi)自愈合的抗菌涂層，如圖1所示。
圖1. 利用DPEI制備可自愈合抗菌涂層的過程示意圖
經(jīng)過實驗表明，該涂層短期內(nèi)能夠有效阻止90%以上細菌的粘附；通過進一步的長期抗生物被膜測試，發(fā)現(xiàn)該涂層能夠有效阻止生物被膜的形成，與硅橡膠對照組相比，菌落總數(shù)可減少99%以上（2.68個對數(shù), 圖2）。
圖2. DPEI/PAA 涂層的抗生物被膜效果，對照組（a, b），DPEI/PAA涂層（c, d）。
抗菌涂層在運輸、保存、使用過程中容易受到外力損傷，暴露出基材表面，細菌容易在裸露的基材表面粘附、增殖，削弱涂層的抗菌效果。因此制備可自愈合的涂層對提高抗菌涂層的穩(wěn)定性、延長涂層的使用時間具有重要的意義。基于分子間可逆的相互作用力與分子的流動性，本文中制備的DPEI/PAA涂層能夠在濕潤的情況下，快速實現(xiàn)自愈合，結(jié)果如圖3所示。（DPEI/PAA）*59.5涂層可以在30 min內(nèi)完全實現(xiàn)自愈合，并能實現(xiàn)多次重復(fù)損傷后的自愈合。
圖3. DPEI/PAA涂層的自愈合效果：（a）（DPEI/PAA）*29.5，（b）（DPEI/PAA）*59.5，（c）（DPEI/PAA）*59.5的五次重復(fù)損傷與自愈合。
更重要的是，該涂層能夠通過自愈合有效減少細菌對劃痕損傷區(qū)域的粘附和污染，確保涂層的抗菌效果，如圖4所示。
圖4. 自愈合對抗菌涂層性能的影響：（a, b）不可自愈合的涂層在受損傷的區(qū)域沾染了大量病菌；（c, d）可自愈合的DPEI/PAA涂層在受到損傷后可快速愈合，避免了病菌對損傷區(qū)域的污染。
相關(guān)結(jié)果發(fā)表在J. Mater. Chem. B, 2019,7, 3865-3875，南京工業(yè)大學(xué)的碩士研究生王倩倩和西北農(nóng)林科技大學(xué)的王林副教授為本文的共同第一作者，西北工業(yè)大學(xué)黃維院士和李鵬教授是本文的共同通訊作者。該研究得到國家重點研發(fā)計劃（2018YFC1105402和2017YFA0207202）、國家自然科學(xué)基金（21875189和21808188）、江蘇省重點研發(fā)計劃（BE2017740）等基金的資助。
