細(xì)菌、真菌和病毒等病原微生物能引發(fā)機(jī)體組織病變，嚴(yán)重威脅著人類的身心健康。醫(yī)療器械在介入體內(nèi)后，在其表面滋生細(xì)菌是引發(fā)感染的最主要原因，給病患帶來重大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至?xí)＜吧踩榱速x予材料表面抗菌性能，需要依據(jù)細(xì)菌感染發(fā)生機(jī)制，有針對性地進(jìn)行抗菌表面的構(gòu)建，其策略主要為抗細(xì)菌粘附策略、殺菌策略。

細(xì)菌粘附是生物醫(yī)用材料和器械感染的第一步，調(diào)控細(xì)菌在材料表面粘附行為是制備高效抗菌表面的重要環(huán)節(jié)?？辜?xì)菌粘附策略雖能有效地降低細(xì)菌在材料或器械表面粘附和生物膜形成，但是不可能達(dá)到100%的抑制細(xì)菌能力，一旦少數(shù)細(xì)菌附著于材料或器械表面，抗細(xì)菌粘附體系很難再阻止細(xì)菌的增殖。

殺菌策略根據(jù)殺菌機(jī)制，可分為接觸型和釋放型殺菌。接觸型殺菌策略通過在材料表面構(gòu)建陽離子聚合物、抗菌肽、活性氧、碳納米管等，通過表面直接接觸作用于細(xì)菌；釋放型殺菌策略通過殺菌劑從材料內(nèi)部緩釋到環(huán)境中達(dá)到殺菌作用，殺菌劑包括抗生素、納米粒子、氮氧化物等，可通過殺死材料表面粘附細(xì)菌達(dá)到抗菌效果。此類方法的不足為：（1） 死細(xì)菌易在殺菌的材料表面快速積累，不僅屏蔽殺菌基團(tuán)，而且激發(fā)免疫反應(yīng)，進(jìn)而引發(fā)感染；（2） 抗生素類的殺菌劑易造成耐藥等副反應(yīng)；（3） 殺菌劑對人體細(xì)胞有毒副作用，生物相容較差。

在上述策略中，通過創(chuàng)建有自清潔功能的表面以實(shí)現(xiàn)有效除菌的策略是非常值得一提的。然而，這往往需要特定的技術(shù)，這些技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)室條件到實(shí)用醫(yī)學(xué)的轉(zhuǎn)換。其它更多利用表面裝飾等的技術(shù)，往往也無法產(chǎn)生具有足夠穩(wěn)定性和實(shí)用性的材料。因此，創(chuàng)建具有特異表面性能、但又沒有上述問題的替代材料迫在眉睫。解決此問題的方法之一是采用抗細(xì)菌粘附－殺菌（抗－殺）結(jié)合策略，即創(chuàng)建具有雙重抗菌功能的表面，既能防止細(xì)菌附著又能殺死細(xì)菌。此外，醫(yī)用抗菌材料還需具備適當(dāng)?shù)臋C(jī)械性能，特別是足夠的柔韌性和延展性。

捷克科學(xué)家O. Lyutakov課題組報道了一種基于高度可拉伸硅聚合物，并垂直梯度摻雜聚吡咯的新型智能柔性抗菌材料，該材料既具有可控自凈、防污的能力，又能實(shí)現(xiàn)電致智能釋藥。材料的制備理念如下圖，以柔性有機(jī)硅聚合物為基礎(chǔ)，梯度摻雜導(dǎo)電聚合物聚吡咯，進(jìn)一步裝載了結(jié)晶紫 （CV），以引入抗菌性能，并實(shí)現(xiàn)了原位電致藥物釋放。在初始狀態(tài)時，該材料具有強(qiáng)的疏水性，當(dāng)浸入水中時，在其表面會形成一個氣隙，可有效防止生物污染物和微生物的附著，并且有利于其所負(fù)載藥物的釋放。在電場的作用下，電潤濕現(xiàn)象克服了表面的超疏水性，使表面轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水狀態(tài)，氣隙消失，同時電觸發(fā)釋放的結(jié)合抗菌劑可將細(xì)菌殺死。電場切斷和樣品干燥后，材料表面又恢復(fù)其固有的超疏水狀態(tài)，相當(dāng)于材料表面可以作簡單清潔去除細(xì)菌殘留物。最后，該材料在機(jī)械載荷作用下表現(xiàn)出良好的力學(xué)性能且無功能損傷，即具有高的柔韌性和可拉伸性。上述特性為該材料在先進(jìn)醫(yī)學(xué)和生物醫(yī)學(xué)材料領(lǐng)域的應(yīng)用開辟了道路。

圖1. 制備材料的實(shí)驗(yàn)概念圖i）具有柔性和導(dǎo)電性（由含有聚吡咯的柔性硅基體提供），ii）能夠?qū)崿F(xiàn)超疏水性和自清潔性能（由于聚吡咯表面層產(chǎn)生的形貌和化學(xué)特性），iii）超疏水親水性范圍內(nèi)的潤濕性切換（由電潤濕現(xiàn)象和/或樣本表面與被測液體之間形成氣隙提供），iv）使結(jié)晶紫可控釋放成為可能。（Polydimethylsiloxane（PDMS），polypyrrole （PPy）

圖2.A）樣品橫切光學(xué)照片，B）逐點(diǎn)測得的拉曼光譜（對應(yīng)于A圖所指位置），C） PPy與PDMS拉曼峰對應(yīng)于A圖所指位置，D）在樣品的頂部和底部測得的紅外光譜。

圖3. AFM測量樣品制備不同階段的樣品形態(tài)，相應(yīng)的表面粗糙度（Ra）和水接觸角θ值： A）最初的PDMS膜（沒有Pyr）；B） PDMS與PPy復(fù)合過程中未達(dá)到表層； C） PDMS與PPy復(fù)合含PPy表層； D） 材料表面電觸發(fā)的潤濕性開關(guān)試驗(yàn)

文章作者Luká？Deˇkanovsk?, Oleksiy Lyutakov；Dual-ActionFlexible Antimicrobial Material: Switchable Self-Cleaning, Antifouling, andSmart Drug Release；AdvancedFunctional Materials. 2019, 1901880.

鏈接： https://doi.org/10.1002/adfm.201901880

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