基于环状构象两性离子聚合物的抗粘附/光热杀菌表面性能分析

摘要 耐药细菌附着在医疗器械表面易引起感染，对公众健康造成严重威胁，因此，研发长效抗粘附与杀菌表面具有重要的意义。本研究在玻璃基底表面顺序沉积聚多巴胺（PDA）、银纳米粒子（AgNPs）和PDA，然后在PDA 表面接枝环状构象的聚磺酸甜菜碱（PSBMA），构建了具有抗粘附与光热杀菌作用的双重抗菌涂层PAP-PSBMA-loop。该涂层具有两性离子聚合物表面优良的抗污能力和PDA 与AgNPs 良好的光热转化能力，在近红外光辐照下显示出优异的抗细菌粘附与杀菌性能，与细菌共孵育7 d 后，表面的细菌覆盖率仅为1.7%，有效地阻止了生物被膜的形成，在光照下可杀灭99%以上的表面细菌。

关键词 光热杀菌；抗菌表面；环状构象；抗污涂层；银纳米粒子

随着医疗技术的发展，各类医疗器械与植入体在诊疗中的应用日益广泛，每年超过千万个植入装置被植入人体[1]。虽然植入手术通常伴随着抗生素治疗，但是因植入材料表面粘附了致病细菌而引起的感染仍是临床上常见的并发症[2]。这种感染主要源自致病细菌粘附在植入体表面后形成了生物膜，增强了在膜中生长的细菌对外部杀菌剂与宿主免疫系统的抵抗能力，导致治疗需要使用更大剂量的抗生素，这不仅加速了耐药细菌的产生，还会对人体产生毒副作用[3-7]。为了解决这个难题，研究者开发了各种抗菌表面以对抗细菌在表面的定植和形成生物膜。

研究发现，在材料表面引入合适的光热材料，在特定波长的光照射下能迅速升温，通过破坏细胞膜完整结构并灭活关键的蛋白质和核酸来杀死材料表面粘附的细菌[8-10]，其中，基于近红外光的光热治疗（PTT）因具有组织穿透性深、选择性高和无耐药性等优点而得到广泛应用[11]。目前，用于光热抗菌治疗的光热材料包括石墨烯[12-13]、金属纳米粒子[14]、二硫化钼纳米片[15]和聚多巴胺（PDA）等，其中， PDA具有生物相容性好、光热转换效率高和易于功能化等优点[16-19]，而银纳米粒子（AgNPs）除具有光热效应之外还具有广谱杀菌功能[20-21]，尤其引起研究者的关注。

虽然PTT 可有效杀死细菌，但死细菌仍残留在表面，使后续的活细菌更易附着生长，导致感染复发[22]。因此，材料表面的抗菌粘附能力对其长期抗菌性能非常重要。两性离子聚合物的每个重复单元中都有两个带电基团，具有较强的溶剂化和形成氢键的能力，固定在基底上可在表面形成致密的水合层，有效阻止蛋白质和细菌等污染物的粘附，延缓生物膜的形成[23-25]。最新的研究证明，表面接枝的环状构象的两性离子聚合物因不存在链端基团，减弱了其与污染物的相互作用，而且具有更强的空间排斥能力，使得其比同类线形构象的分子能够更有效地抵御细菌粘附[26]。

本研究利用PDA 和AgNPs 的光热效应和杀菌能力，结合环状两性离子聚合物优良的抗污特性，在基底表面上顺序沉积PDA、AgNPs 和PDA，并接枝聚磺酸甜菜碱（PSBMA）环状分子，构建了一个兼具抗菌粘附与光热杀菌的双重抗菌表面，探究了其光热杀菌及抗生物被膜形成能力，并将其成功应用于多种基底材料（图1）。