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天津大學Angew.: 仿生構建高穩定性的超強抗污染表面

2019-02-19 11:54:24 作者：本網整理來源：PMC大賽，國際仿生工程學會分享至：

自然界中存在許多高效的抗污染表面，小到細胞膜，大到荷葉層，保護著生物體免受污染物的侵擾。基于這些生物表面結構的啟發，人們設計了一系列涂層材料，并廣泛應用于水油分離、藥物遞送、植入醫療設備等領域。潤滑素蛋白（lubricin）是哺乳動物關節滑液的重要分子，具有獨特的三嵌段分子結構（兩端疏水帶正電，中間為高度負電的粘蛋白），具有優良的促潤滑、抗吸附的能力，可有效避免關節部位因摩擦磨損及污染引發的炎癥，為關節正常運轉提供有利保障。

圖1：潤滑素蛋白分子結構示意圖

受到潤滑素蛋白的結構啟發，天津大學化工學院蘇榮欣教授課題組與卡耐基梅隆大學Krzysztof Matyjaszewski教授、蒙特利爾大學Xavier Banquy教授合作，設計采用3種仿潤滑素蛋白的嵌段式瓶刷狀聚合物構建了高穩定性的超強抗污染表面。這些仿生瓶刷狀聚合物以兩性離子（2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine）為聚合物刷的主體，以季銨化2-（二甲基氨基乙基）甲基丙烯酸酯為錨定端，通過靜電作用、氫鍵等作用力，可快速、穩定固定在基底表面，形成有效的瓶刷環狀結構。其中，磷酸膽堿的電中性特點有效彌補了潤滑素蛋白中間區域（高負電粘蛋白）在靜電吸附、結構穩定性方面的不足，在多種蛋白體系及實際樣品體系，都表現出超強的抗污染性能。經測試發現，仿生瓶刷狀聚合物表面對于球蛋白的吸附量低于0.2 ng/cm2，僅為潤滑素蛋白表面的1/50，對模擬胃液、橙汁、牛奶等復雜體系幾乎無吸附，具有極強的抗污染能力。

圖2：仿潤滑素蛋白的瓶刷狀聚合物

圖3：瓶刷狀聚合物表面抗污染測試結果

值得一提的是，這些仿生聚合物僅需簡單滴浸或者流經的方式，十分鐘之內即可完成基底修飾，對基底要求很低，穩定性強。該聚合物表面在高鹽溶液以及較廣的pH范圍（2-8.5）內保持穩定；利用表面力儀分析發現，在高壓條件下仍具有良好的穩定性。因此，該聚合物既具有graft-to修飾的便捷優勢，又具有graft-from修飾的穩定性。這些仿生瓶刷狀聚合物有望應用于棱鏡、光纖傳感以及植入性醫療器件的抗污染保護。