生物醫(yī)用材料（Biomaterials）在上世紀(jì)50年代僅被定義為“用于醫(yī)療器械的材料”，F(xiàn)如今，它的定義已變的非常廣泛，任何與生命系統(tǒng)有相互作用的修飾物質(zhì)都被可以定義為生物材料。生物醫(yī)療導(dǎo)管，如血管內(nèi)造影導(dǎo)管和泌尿系統(tǒng)管，已被廣泛用于在醫(yī)療過程中不可避免的液體、氣體以及藥物傳輸。憑借無毒、生物惰性等優(yōu)點，有機(jī)硅彈性體作為一種重要的原材料被廣泛應(yīng)用于醫(yī)用導(dǎo)管的生產(chǎn)。作為一類硅橡膠，PDMS是一類常用的醫(yī)用導(dǎo)管材料，其具有良好的柔韌性、惰性和耐久性這些精細(xì)導(dǎo)管和其他生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用所必需的優(yōu)良性質(zhì)。但PDMS表面疏水性和黏附性較強(qiáng)，在水基環(huán)境中表面潤滑性能欠佳，在體內(nèi)介入使用中易造成軟組織損傷，引起感染和血栓。基于此，通過對有機(jī)硅彈性體的表面或內(nèi)部進(jìn)行修飾或材料設(shè)計，可提高硅橡膠材料的潤滑、抗菌及抗黏附等性能，以滿足臨床對醫(yī)用導(dǎo)管多方位的性能需求。
近期西北工業(yè)大學(xué)劉國強(qiáng)教授課題組開發(fā)了一種具有快速光熱滅菌和強(qiáng)抗細(xì)胞黏附性的超潤滑硅橡膠彈性體，研究成果以題“Super-Lubricating Hybrid Elastomer with Rapid Photothermal Sterilization and Strong Anti-Cell Adhesion”發(fā)表于Chemical Engineering Journal, 2022, 434, 134763。該材料的制備策略是通過有機(jī)/無機(jī)混合與表面該新的組合，同時賦予硅彈性體光熱響應(yīng)性能與潤滑功能性表面。首先，將具有強(qiáng)光熱效應(yīng)的四氧化三鐵納米顆粒嵌入硅橡膠基底并固化，賦予材料光熱響應(yīng)性能。然后通過表面自由基聚合將具有水潤滑與抗黏附功能的聚合物接枝在硅橡膠基底表面上，實現(xiàn)材料表面的水和潤滑與抗黏附功能。展望未來，基于此類多功能硅橡膠材料的醫(yī)用導(dǎo)管將顯示其在潤滑減輕導(dǎo)管插拔疼痛、抗組織粘連和高效滅菌方面的優(yōu)點。近年來，該課題組在功能水合潤滑材料領(lǐng)域做了一系列研究工作，受邀以題“Polymer-based lubricating materials for functional hydration lubrication”在Chemical Engineering Journal, 2022, 429, 132324上，系統(tǒng)闡述了圍繞水合潤滑的機(jī)理研究、材料設(shè)計及功能應(yīng)用等。
圖1. 具有快速光熱滅菌和強(qiáng)抗細(xì)胞黏附性的超潤滑硅橡膠彈性體
圖2. 硅橡膠彈性體制備與表面修飾
圖3. 修飾后硅橡膠彈性體表面形貌與物理性質(zhì)的變化
圖4. 修飾后的硅橡膠彈性體在空氣環(huán)境中的光熱效應(yīng)
圖5. 修飾后的硅橡膠彈性體在水環(huán)境中的光熱效應(yīng)
圖6. 修飾后的硅橡膠彈性體具有快速光熱殺菌功能
圖7. 修飾后的硅橡膠彈性體具有優(yōu)異的水合潤滑性能
圖8. 修飾后的硅橡膠彈性體具有良好的生物相容性與明顯的抗細(xì)胞黏附性
論文第一作者為西北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院趙楠博士，通訊作者為西北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院劉國強(qiáng)教授。研究得到了國家自然科學(xué)基金、省部級基金等的資助。
原文鏈接：
Nan Zhao, Xiaohua Gao, Zhuo Chen, Yang Feng, Guoqiang Liu, Feng Zhou, Weimin Liu. Super-lubricating hybrid elastomer with rapid photothermal sterilization and strong anti-cell adhesion. 2022, 434, 134763.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894722002704?dgcid=author
作者簡介：
劉國強(qiáng)，西北工業(yè)大學(xué)教授，博導(dǎo)，2009年和2012年獲得湖北大學(xué)本科和碩士學(xué)位，2015年獲得中國科學(xué)院大學(xué)博士學(xué)位，導(dǎo)師劉維民院士和周峰教授，于2015年9月開始在香港理工大學(xué)鄭子劍教授課題組開展博士后研究，于2019年加入西北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院，入選翱翔海外學(xué)者計劃和陜西省高層次人才青年項目，以第一或通訊作者已在Chem. Rev., Adv. Mater., Small, Adv. Mater. Technol., Chem. Eng. J., ACS Macro Lett., Chem. Commun., ACS Appl. Mater. Interfaces等國際期刊上發(fā)表SCI論文30余篇。主要研究方向包括聚合物基功能潤滑材料、仿生和生物潤滑材料、表面納米圖案化和三維納米制造等。
