體內(nèi)植入器件及血液接觸材料的生物污染及凝血是醫(yī)學應用中的常見問題，會引起多種嚴重的并發(fā)癥，甚至導致治療失敗及患者死亡。由于材料表面吸附蛋白質(zhì), 粘附血小板等是引起生物污染及凝血的基礎條件, 因此，構(gòu)建生物相容性良好的抗污染涂層已經(jīng)成為發(fā)展高性能醫(yī)療器械的基本策略。在眾多的抗污染涂層材料研究中，兩性離子聚合物涂層顯示出了優(yōu)異的血液相容性，但在不同材料表面構(gòu)建穩(wěn)定性好、結(jié)合密度高、獲得仿細胞膜兩性離子界面優(yōu)異的抗污染涂層，仍然受到較多限制。

針對以上問題，西北大學宮永寬教授課題組開發(fā)了在不同材料表面構(gòu)建仿細胞膜結(jié)構(gòu)抗污染涂層的通用型技術方法。通過仿貽貝萬能粘附的聚多巴胺（PDA）介導層解決生物材料及器件表面改性缺乏共價鍵固定基團的難題；在兩性離子聚合物主鏈連接多個與PDA氨基共價鍵錨定的測基，增加其表面結(jié)合密度及穩(wěn)定性，形成類似于紅細胞膜表面致密的磷酰膽堿（PC）兩性離子排列結(jié)構(gòu)，賦予涂層優(yōu)異的仿細胞膜抗污、組織及血液相容性。為最大限度地發(fā)揮兩性離子聚合物涂層的抗污染性能，便于在不同材料及器件表面推廣應用，課題組最近報道了血液相容性兩性離子聚合物刷表面的通用構(gòu)建方法（圖1）。本項研究工作以“Universal Strategy for Efficient Fabrication of Blood Compatible Surfaces via Polydopamine-Assisted Surface-Initiated Activators Regenerated by Electron Transfer Atom-Transfer Radical Polymerization of Zwitterions”為題，發(fā)表在美國化學會的學術期刊ACS Appl. Mater. Interfaces。

圖1. 不同材料表面構(gòu)建兩性離子聚合物刷的通用方法示意圖。PC,SB和CB分別表示磷酰膽堿、磺酸甜菜堿和羧酸甜菜堿兩性離子基團。

這種PDA介導，原子轉(zhuǎn)移自由基聚合（ATRP）引發(fā)劑表面固定及交聯(lián)，與電子轉(zhuǎn)移再生催化劑技術相結(jié)合的表面引發(fā)活性聚合方法，可在空氣環(huán)境的甲基丙烯酰氧乙基磷酰膽堿（MPC）2%水溶液中，用濃度低至3.6 mg/L的CuBr2催化，就可在玻璃（圖2）及其它常用惰性材料（圖3）表面構(gòu)建厚度可控的MPC聚合物（PMPC）刷。構(gòu)建方法及過程簡便易行，適用于不同形狀、大小，不同材料及器件的表面涂覆改性。

圖2.A.玻璃表面構(gòu)建PMPC刷過程中各表面的水接觸角(a)及原子力顯微鏡3D形貌(b)圖；B.構(gòu)建PMPC刷過程中各表面的光電子能譜；C.PMPC刷厚度與聚合時間關系圖。

圖3結(jié)果顯示，與改性前的材料表面相比，PMPC刷表面蛋白質(zhì)吸附、血小板、L929細胞粘附及血栓形成可減少99%以上，顯著優(yōu)于前期用PDA介導表面錨定PC兩性離子聚合物涂層的相應結(jié)果（80%~98%）。而且，制備的聚合物刷涂層在pH 1~11水溶液及常用有機溶劑中穩(wěn)定，應用范圍及條件滿足常規(guī)使用的要求。

圖3. A. 不同材料表面刷構(gòu)建PMPC刷前(a)、后(b)照片。B. 玻璃表面構(gòu)建PMPC刷前后血小板粘附(a), 血栓形成(b)及L929細胞粘附(c)照片。C.在不同pH水溶液及有機溶劑中50°C處理24h前、后PMPC刷接觸角變化。D. PMPC刷構(gòu)建前、后及聚合時間對蛋白質(zhì)吸附量影響圖。

另外，用PC兩性離子隨機共聚物主鏈連接多個與PDA表面氨基共價鍵錨定側(cè)基的策略，獲得了PC兩性離子表面密度與細胞膜表面相當，結(jié)合穩(wěn)定的仿細胞膜抗污涂層。相關結(jié)果在多種材料及器件表面血液相容性改性（Acta Biomaterialia, 2017, 59, 129–138；Acta Biomaterialia, 2016, 40, 153–161），血液中循環(huán)腫瘤細胞高選擇性捕獲（Mater. Chem. B, 2019, 7, 6087–6098），強抗污分離膜改性（J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 3231–3241；J. Membr. Sci., 2017, 528, 1–11）及體內(nèi)隱形靶向納米載藥系統(tǒng)構(gòu)建（Langmuir, 2019, 35, 1257–1265）等方面有較大的發(fā)展及應用潛力。相關研究工作得到了國家自然科學基金項目的連續(xù)資助。

論文鏈接：https://dx.doi.org/10.1021/acsami.9b22574