自然界中存在許多高效的抗污染表面，小到細(xì)胞膜，大到荷葉層，保護(hù)著生物體免受污染物的侵?jǐn)_。基于這些生物表面結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，人們設(shè)計了一系列涂層材料，并廣泛應(yīng)用于水油分離、藥物遞送、植入醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域。潤滑素蛋白（lubricin）是哺乳動物關(guān)節(jié)滑液的重要分子，具有獨特的三嵌段分子結(jié)構(gòu)（兩端疏水帶正電，中間為高度負(fù)電的粘蛋白），具有優(yōu)良的促潤滑、抗吸附的能力，可有效避免關(guān)節(jié)部位因摩擦磨損及污染引發(fā)的炎癥，為關(guān)節(jié)正常運轉(zhuǎn)提供有利保障。

圖1：潤滑素蛋白分子結(jié)構(gòu)示意圖

    受到潤滑素蛋白的結(jié)構(gòu)啟發(fā)，天津大學(xué)化工學(xué)院蘇榮欣教授課題組與卡耐基梅隆大學(xué)Krzysztof Matyjaszewski教授、蒙特利爾大學(xué)Xavier Banquy教授合作，設(shè)計采用3種仿潤滑素蛋白的嵌段式瓶刷狀聚合物構(gòu)建了高穩(wěn)定性的超強抗污染表面。這些仿生瓶刷狀聚合物以兩性離子（2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine）為聚合物刷的主體，以季銨化2-（二甲基氨基乙基）甲基丙烯酸酯為錨定端，通過靜電作用、氫鍵等作用力，可快速、穩(wěn)定固定在基底表面，形成有效的瓶刷環(huán)狀結(jié)構(gòu)。其中，磷酸膽堿的電中性特點有效彌補了潤滑素蛋白中間區(qū)域（高負(fù)電粘蛋白）在靜電吸附、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面的不足，在多種蛋白體系及實際樣品體系，都表現(xiàn)出超強的抗污染性能。經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)，仿生瓶刷狀聚合物表面對于球蛋白的吸附量低于0.2 ng/cm2，僅為潤滑素蛋白表面的1/50，對模擬胃液、橙汁、牛奶等復(fù)雜體系幾乎無吸附，具有極強的抗污染能力。

圖2：仿潤滑素蛋白的瓶刷狀聚合物

圖3：瓶刷狀聚合物表面抗污染測試結(jié)果

    值得一提的是，這些仿生聚合物僅需簡單滴浸或者流經(jīng)的方式，十分鐘之內(nèi)即可完成基底修飾，對基底要求很低，穩(wěn)定性強。該聚合物表面在高鹽溶液以及較廣的pH范圍（2-8.5）內(nèi)保持穩(wěn)定；利用表面力儀分析發(fā)現(xiàn)，在高壓條件下仍具有良好的穩(wěn)定性。因此，該聚合物既具有g(shù)raft-to修飾的便捷優(yōu)勢，又具有g(shù)raft-from修飾的穩(wěn)定性。這些仿生瓶刷狀聚合物有望應(yīng)用于棱鏡、光纖傳感以及植入性醫(yī)療器件的抗污染保護(hù)。

圖4：基于表面力儀分析聚合物表面與蛋白質(zhì)的作用力

    相關(guān)工作已發(fā)表在Angew. Chem. Int. Ed.，并遴選為Frontispiece。論文第一單位為天津大學(xué)化工學(xué)院，第一作者為天津大學(xué)化工學(xué)院博士生夏寅強和蒙特利爾大學(xué)博士后Vahid Adibnia。

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