調(diào)查表明，生物材料相關(guān)的感染占院內(nèi)獲得性感染的50%以上，平均感染率在5%左右，感染后死亡率高達10%。感染的發(fā)生機制如下：細菌在生物材料表面黏附，繁殖形成菌落，細菌分泌胞外基質(zhì)形成生物膜，生物膜釋放浮游菌體和毒素，最終導致感染的發(fā)生。其中細菌黏附是最初始也是最重要的步驟之一，因為一旦細菌發(fā)生從可逆黏附到不可逆黏附的轉(zhuǎn)變，將很難被清除。針對細菌黏附、細菌尸體和細菌生物膜難以清除的關(guān)鍵問題，溫州醫(yī)科大學眼視光醫(yī)院王佰亮副研究員、南開輝研究員和陳浩教授的研發(fā)團隊依據(jù)溫敏型聚合物的相轉(zhuǎn)變特性構(gòu)建了一類可以可逆殺菌-釋放細菌的智能抗菌表面。
圖1. 溫敏型P(DMAEMA+-co-NIPAAm)聚合物刷的可逆殺菌-自清潔示意圖
圖2. 大腸桿菌和材料接觸培養(yǎng)24h清洗前后的死/活染色熒光圖（P3-7： DMAEMA+和NIPAAm摩爾比為3:7）
圖3. 溫敏型P(VCL-co-DMAEMA+-co-MPC)聚合物刷的可逆殺菌-自清潔示意圖
如圖1和圖2所示，采用表面引發(fā)的可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移聚合反應(yīng)技術(shù)，研究者首先構(gòu)建了聚(N-異丙基丙烯酰胺-(2-(二甲基氨基）-甲基丙烯酸乙酯) ) (P(DMAEMA+-co-NIPAAm) )二元共聚物，在37℃表面呈現(xiàn)一定的疏水性，細菌黏附并和季銨鹽組分作用被殺死，降低溫度到4℃后表面發(fā)生從疏水到親水的相轉(zhuǎn)變，使黏附的細菌被清除，通過四次黏附-釋放循環(huán)實驗證實了該聚合物刷的溫度刺激響應(yīng)的殺菌-釋放細菌尸體可調(diào)控性。該研究巧妙地將溫敏性組分和殺菌組分復合于材料表面，基于相轉(zhuǎn)變實現(xiàn)了細菌的可控“吸附”和“釋放”，解決了目前大部分抗菌表面不能有效清除細菌尸體的關(guān)鍵問題，通過簡單的溫度調(diào)控實現(xiàn)材料的自清潔和殺菌功能的恢復（相關(guān)研究成果發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces，2016, 8: 27207?27217）。在此基礎(chǔ)上增加親水性組分，如圖3所示，研究者構(gòu)建了N-乙烯基己內(nèi)酰胺-(2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酰膽堿)-(2-(二甲基氨基)-甲基丙烯酸乙酯) （P(VCL-co-DMAEMA+ -co-MPC) )三元共聚物，基于MPC的親水性顯著提高了表面的抗細菌黏附能力。通過對涂層組分的調(diào)控，增強了表面的在自清潔能力，使溫敏性釋放功能具有更高的可重復性(相關(guān)研究成果發(fā)表在Biomaterials Science, 2016, 4: 1731-1741，封面報道，并被中華醫(yī)學會眼科學分會評選為“2016年度中國眼科十大創(chuàng)新成就”）。
圖4. 以膠束為納米藥物載體利用層層自組裝技術(shù)構(gòu)建細菌響應(yīng)性智能抗菌表面
生物材料發(fā)生細菌感染后周圍的微環(huán)境會發(fā)生很大的變化，出現(xiàn)pH值降低、細菌釋放的毒力因子和多種酶等。依據(jù)細菌微環(huán)境的變化構(gòu)建的抗菌響應(yīng)型表面更具優(yōu)勢，近年來在國際上已經(jīng)成為研究的重點和熱點。如圖4所示，研究者成功構(gòu)建了細菌感染微環(huán)境響應(yīng)性的智能抗菌表面，首先合成了甲氧基聚乙二醇-聚（ε-己內(nèi)酯）-殼聚糖的嵌段共聚物（MPEG-PCL-CS），制成膠束的過程中負載疏水性抗生素，然后和聚丙烯酸（PAA）進行層層自組裝，制備的納米藥物負載體系表現(xiàn)出明顯的pH值響應(yīng)性和細菌響應(yīng)性藥物釋放。該研究的針對細菌感染的微環(huán)境特點，構(gòu)建了對細菌感染自衛(wèi)機制的載藥體系，因此提高了藥物傳遞的“靶向性”，在提高抗菌效率和抑制細菌耐藥性方面具有重要意義（相關(guān)研究成果發(fā)表在Journal of Materials Chemistry B, 2017, 5: 1498-1506）。
- 弗吉尼亞理工大學田芝婷教授課題組：溫敏型聚合物水溶液的熱導率改變 2018-01-15
