中心靜脈導(dǎo)管、靜脈留置針套管等血液接觸導(dǎo)管引發(fā)的細(xì)菌感染是臨床上常見(jiàn)的感染問(wèn)題，這一問(wèn)題縮短了導(dǎo)管的使用時(shí)間，并且給患者帶來(lái)額外的痛苦和的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。在導(dǎo)管使用過(guò)程中，細(xì)菌在導(dǎo)管表面的定植與繁殖是導(dǎo)管相關(guān)感染發(fā)生的前提，因此發(fā)展具有接觸殺菌功能的醫(yī)用導(dǎo)管表面具有重要的意義。同時(shí)，血液中富含蛋白質(zhì)等生物大分子與血細(xì)胞，這也對(duì)殺菌表面的抗污性能與生物安全性提出了更高的要求。徐福建教授團(tuán)隊(duì)針對(duì)血液接觸導(dǎo)管材料的抗菌功能化問(wèn)題，在聚氨酯材料表面設(shè)計(jì)并構(gòu)建了抗菌肽修飾的層級(jí)結(jié)構(gòu)聚合物刷，可以有效清除與材料表面接觸的細(xì)菌，同時(shí)具備良好的抗污性能與血液相容性，這一成果近期發(fā)表在Biomacromolecules（DOI: 10.1021/acs.biomac.9b01060）。

為了在保證生物安全性的前提下，實(shí)現(xiàn)高效的接觸殺菌效果，徐福建教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)表面引發(fā)活性嵌段聚合的方法在聚氨酯表面構(gòu)建了具有層級(jí)結(jié)構(gòu)的聚合物刷（PU-DMH），這種聚合物刷以?xún)尚噪x子聚合物為底層、以多羧基聚合物為頂層，并通過(guò)帶有弱正電的抗菌肽對(duì)聚合物刷進(jìn)行后修飾（圖1）。PU-DMH在使用過(guò)程中，底層的兩性離子聚合物可以形成水化層，避免蛋白質(zhì)及細(xì)菌等通過(guò)疏水作用在表面粘附，頂層的多羧基聚合物在生理?xiàng)l件下帶有負(fù)電荷，對(duì)蛋白質(zhì)及細(xì)菌可以產(chǎn)生靜電排斥作用，同時(shí)羧基為抗菌肽的引入提供了豐富的反應(yīng)位點(diǎn)，能夠?yàn)楸砻嫣峁┙佑|殺菌性能。

圖1. 基于層級(jí)結(jié)構(gòu)聚合物刷進(jìn)行表面抗菌功能化

本研究的結(jié)果表明，PU-DMH在靜態(tài)條件下能夠有效殺滅與表面接觸的細(xì)菌，同時(shí)可以防止死亡細(xì)菌在表面的堆積（圖2）。為了進(jìn)一步評(píng)價(jià)材料在臨床使用條件下的抗菌性能，通過(guò)體外循環(huán)實(shí)驗(yàn)對(duì)靜脈注射過(guò)程中的流體力學(xué)環(huán)境進(jìn)行了模擬，結(jié)果顯示PU-DMH在模擬工況下具有良好的接觸殺菌效果，且經(jīng)過(guò)48小時(shí)的循環(huán)抗菌實(shí)驗(yàn)，表面依然能夠抵抗死亡細(xì)菌的大量積累（圖3）。由于PU-DMH優(yōu)異的抗污性能，這類(lèi)材料的抗菌性能不受蛋白質(zhì)的影響，在含蛋白質(zhì)的培養(yǎng)液中仍然具有高效抗菌的性能。此外，PU-DMH不引起溶血，并能夠防止血細(xì)胞在表面的粘附，這對(duì)延長(zhǎng)導(dǎo)管使用時(shí)間具有重要的作用（圖4）。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，PU-DMH能夠防止由金黃色葡萄球菌引發(fā)的感染，展現(xiàn)出了優(yōu)異的體內(nèi)抗感染效果。本項(xiàng)研究工作為血液接觸醫(yī)用導(dǎo)管材料的抗菌表面功能化提供了新的策略與設(shè)計(jì)思路。

圖2. 功能化表面PU-DMH的靜態(tài)抗菌效果：（a） 表面細(xì)菌的粘附及存活情況；（b） 表面死、活細(xì)菌定量分析

圖3. 在模擬臨床使用條件下，PU-DMH的殺菌、抗污性能：（a） 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖；（b） 表面細(xì)菌的粘附及存活情況；（c） 表面死、活細(xì)菌定量分析

圖4. 功能化表面PU-DMH的血液相容性

以上成果以Antimicrobial Peptide-Conjugated Hierarchical Antifouling Polymer Brushes for Functionalized Catheter Surfaces為題，發(fā)表在Biomacromolecules（2019, DOI: 10.1021/acs.biomac.9b01060）。論文第一作者為北京化工大學(xué)2018級(jí)碩士研究生張欣陽(yáng)，通訊作者為北京化工大學(xué)徐福建教授、段順副教授和丁雪佳教授。該研究受到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016YFC1100404）資助。

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https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.biomac.9b01060