1. 醫(yī)用高分子材料表界面
材料表面直接與外部相接觸，其表面性質(zhì)對后續(xù)應(yīng)用至關(guān)重要，因此通過有效的方法來控制和調(diào)節(jié)表面物理化學(xué)性質(zhì)，使材料具有摩擦性、粘附性、浸潤性、導(dǎo)電性、抗菌性、生物相容性等。醫(yī)用材料作為材料之一，其功能性主要通過醫(yī)用材料表面與生物環(huán)境接觸而表現(xiàn)出來，因此需要對醫(yī)用材料表面進(jìn)行功能化改性，否則會產(chǎn)生細(xì)菌引發(fā)感染、凝血引發(fā)血栓等。
自2017年起研究團(tuán)隊(duì)開展了系列聚電解質(zhì)復(fù)合物醫(yī)用功能涂層體系研究及應(yīng)用（見圖1），先后設(shè)計及制備了聚陽離子-陰離子表面活性劑、聚陰離子-陽離子表面活性劑、單寧酸大分子-陽離子表面活性劑復(fù)合物的體系，并將上述功能復(fù)合物作為涂層應(yīng)用制備抗菌醫(yī)用導(dǎo)管器械（中心靜脈導(dǎo)管、導(dǎo)尿管、留置針套管）。該復(fù)合物具有水不溶、醇溶特性，可在多種形狀/材料基底快速形成較為穩(wěn)定、無色透明涂層，涂層具有良好的抗菌性以及生物相容性能；但上述體系僅通過非共價相互作用方式的聚電解質(zhì)復(fù)合物涂層在復(fù)雜的加工環(huán)境（如各種有機(jī)試劑）和患者人體環(huán)境（如高濃度電解質(zhì)、不同pH值尿液）中的穩(wěn)定性不持久，僅用于短期留置類醫(yī)用導(dǎo)管器械。基于此，進(jìn)一步設(shè)計了穩(wěn)定、殺菌型的醫(yī)用導(dǎo)管聚電解質(zhì)復(fù)合物涂層；通過肝素鈉與后期可化學(xué)交聯(lián)的有機(jī)硅季銨鹽一步組裝得到了肝素鈉醇溶性復(fù)合物。復(fù)合物涂層內(nèi)部及與表面之間形成的化學(xué)交聯(lián)結(jié)構(gòu)提高了涂層在高濃度鹽溶液、各種有機(jī)試劑中的穩(wěn)定性，同時可獲得抗菌和抗凝血功能。另外，針對醫(yī)用導(dǎo)管植介入后細(xì)菌、蛋白、血小板等細(xì)胞在表面的黏附問題。又設(shè)計了一種成分可調(diào)節(jié)的聚電解質(zhì)，與有機(jī)硅季銨鹽形成的復(fù)合物，該復(fù)合物涂層兼具抗菌、抗粘附、低摩擦及穩(wěn)定的多功能醫(yī)用導(dǎo)管涂層。
圖1 研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計和制備的系列聚電解質(zhì)復(fù)合物醫(yī)用功能涂層體系
2. 季硫鹽抗菌肽設(shè)計及合成
抗生素濫用所導(dǎo)致的細(xì)菌耐藥性問題已經(jīng)對人類的生命健康構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。因此，針對耐藥細(xì)菌的新型抗菌藥物研發(fā)顯得尤為緊迫。抗菌肽（AMPs）因其獨(dú)特的抗菌機(jī)制，相較于抗生素更不易使細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性。然而，抗菌肽較高的毒性是限制其發(fā)展和應(yīng)用的重要障礙，因此，實(shí)現(xiàn)抗菌肽對細(xì)菌和正常細(xì)胞的更高選擇性一直是廣大研究者所不斷追求的目標(biāo)。
研究團(tuán)隊(duì)通過模擬維生素U的季锍鹽結(jié)構(gòu)，利用NCA開環(huán)反應(yīng)合成了一系列星狀季锍鹽抗菌肽（圖2）。獲得的季锍鹽抗菌肽（G2-PM-1H+）不僅具有廣譜抗菌性能，而且對血細(xì)胞與細(xì)菌的選擇性高達(dá)16000（HC10/MIC）。此外，該季锍鹽抗菌肽可以通過調(diào)節(jié)側(cè)鏈的陽離子化程度實(shí)現(xiàn)對革蘭氏陽性菌與革蘭氏陰性菌的細(xì)菌種類選擇性。針對MRSA抗菌實(shí)驗(yàn)中，G2-PM-1H+相比于萬古霉素可以迅速殺滅MRSA，并且有效防止MRSA生物膜形成。
圖2. 維生素U結(jié)構(gòu)啟發(fā)的季锍鹽抗菌肽的結(jié)構(gòu)設(shè)計及其選擇性與抗菌機(jī)制
3. 留置與介入類醫(yī)療器械
留置與介入器械應(yīng)用量大、面廣，產(chǎn)值超過300億元。這類器械使用過程易產(chǎn)生并發(fā)癥，如：細(xì)菌感染、血栓、靜脈炎等。針對該產(chǎn)業(yè)共性問題，開展溫敏型聚氨酯合金材料制備、醫(yī)用導(dǎo)管精密擠出成型及材料/器械表面抗感染功能改性研究（圖3）。分別從材料、加工和表面改性角度解決該類器械置入高模量/體內(nèi)柔順性間相互矛盾、管路粗糙度和尺寸公差大與人體作用強(qiáng)和疏水性表面易引發(fā)凝血、細(xì)菌感染，摩擦力大等引起并發(fā)癥主要因素。圍繞高分子改性方法與性能關(guān)系、表面與血液、細(xì)胞和細(xì)菌間作用關(guān)系關(guān)鍵科學(xué)問題，實(shí)行構(gòu)建低并發(fā)癥留置與介入器械從基礎(chǔ)、應(yīng)用基礎(chǔ)到產(chǎn)業(yè)化的研發(fā)模式。研發(fā)出的留置期長、體溫智能響應(yīng)型留置針外周精密套管專用材料與器械具有生物相容性好、留置時間長、并發(fā)癥發(fā)生率低等優(yōu)點(diǎn)，與威高集團(tuán)合作獲一次性使用靜脈留置針醫(yī)療器械注冊證3件（III類），該研究被中央電視臺財經(jīng)頻道、山東省新聞聯(lián)播和《大眾日報》作為改革創(chuàng)新典型成果給予重點(diǎn)報道。
圖3. 介入類醫(yī)用導(dǎo)管精密加工成型及產(chǎn)業(yè)化