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溫州醫(yī)科大學眼視光醫(yī)院在智能抗菌功能化表面方面取得系列進展
2017-03-13  來源:中國聚合物網(wǎng)

  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)。

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