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 耐藥細菌附著在醫(yī)療器械表面易引起感染，對公眾健康造成嚴重威脅，因此，研發(fā)長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)異的抗細菌粘附與殺菌性能，與細菌共孵育7 d 后，表面的細菌覆蓋率僅為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，每年超過千萬個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菌而引起的感染仍是臨床上常見的并發(fā)癥[2]。這種感染主要源自致病細菌粘附在植入體表面后形成了生物膜，增強了在膜中生長的細菌對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菌的產(chǎn)生，還會對人體產(chǎn)生毒副作用[3-7]。為了解決這個難題，研究者開發(fā)了各種抗菌表面以對抗細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，在特定波長的光照射下能迅速升溫，通過破壞細胞膜完整結(jié)構(gòu)并滅活關(guān)鍵的蛋白質(zhì)和核酸來殺死材料表面粘附的細菌[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、選擇性高和無耐藥性等優(yōu)點而得到廣泛應(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[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 可有效殺死細菌，但死細菌仍殘留在表面，使后續(xù)的活細菌更易附著生長，導(dǎo)致感染復(fù)發(fā)[22]。因此，材料表面的抗菌粘附能力對其長期抗菌性能非常重要。兩性離子聚合物的每個重復(fù)單元中都有兩個帶電基團，具有較強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，減弱了其與污染物的相互作用，而且具有更強的空間排斥能力，使得其比同類線形構(gòu)象的分子能夠更有效地抵御細菌粘附[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）。