医用功能按需启动表面构建及其性能

The high incidence of complication,e.g., bacterial infections and thrombus on the surface of biomedical materials not only increases medical expenses but also endangers patients' lives. Therefore, it is urgent to study novel biomedical functional surfaces and reduce the incidence of complications. Based on the α-amino acid N-carboxy anhydride ring-opening polymerization method, hierarchical polymer brush biomedical surfaces consisting of a rigid helix polyamino acid backbone, biological response layer and bactericidal layer are constructed. Relationship between the surface composition, structure and properties with bacteria, proteins, blood cells, somatic cells and animal bodies under in-vivo and in-vitro environmental changes (e.g., temperature, pH) are investigated, thus anticoagulant, anti-infection quickly and efficiently on-demand work, reducing the incidence of complications on the biomedical surface. Innovation: The academic idea of constructing hierarchical polymer brush biomedical surfaces based on the poly (amino acid) backbone is proposed.The stable rigid backbone of the poly (amino acid) backbone not only facilitates rapid response of the side chains to the environment, therefore realizing quickly and efficiently on-demand work, but also decrease mutual interference between responsive side chain with bactericidal side chain, therefore fully realizing medical functions in each stage. The research will provide new ideas for construction of intelligent medical surface and breakthrough on the complications of interventional medical devices.

医用材料表面引发的细菌感染和血栓等并发症发生率高，不仅增加医疗支出，还危及患者生命。因此，亟待研究新型生物医用功能表面，降低并发症发生率。本项目基于α-氨基酸N-羧酸酐开环聚合方法，构建以刚性螺旋聚氨基酸为主链骨架的生物响应层和杀菌层层状医用功能。通过研究温度、酸碱度等体内外环境变化时表面组成、结构和性质与细菌、蛋白质、血细胞、体细胞和动物体间相互作用，实现抗凝血、抗感染等医用功能高效快速按需启动，降低医用表面的并发症发生率。创新为：提出构建基于聚氨基酸主链的双层医用功能表面的学术思想，稳定的聚氨基酸主链刚性螺旋结构不仅利于侧链随环境变化快速响应，实现医用功能高效快速按需启动，而且降低生物响应侧链和杀菌侧链相互干扰小，阶段性医用功能得到充分发挥。该研究将为医用智能表面构建和介入类医疗器械并发症难题突破提供新思路。

医用材料表面引发的细菌感染和血栓等并发症发生率高，不仅增加医疗支出，还危及患者生命。因此，亟待研究新型生物医用功能表面，降低并发症发生率。本项目基于α-氨基酸N-羧酸酐开环聚合方法，提出构建以刚性螺旋聚氨基酸为主链骨架的生物响应层和杀菌层层状医用功能的学术思想，以实现表面医用功能按需高效快速启动。项目主要的研究内容为：①聚氨基酸材料的设计与合成；②抗细菌粘附与杀菌双功能聚氨基酸表面的制备；③功能表面的抗菌性能与生物相容性。取得的重要成果如下：.①设计、制备了一系列聚氨基酸材料，通过系统研究聚合溶剂极性、共溶剂体积比、聚合单体及引发剂浓度和结构等对聚合反应速度、时间、聚氨基酸分子量和结构的影响，明晰了其聚合反应动力学以及产物结构调控原理，优化了聚氨基酸材料的制备条件。.②利用聚多巴胺作为表面粘附层、点击化学以及静电复合物表面组装等策略成功地构建出多种聚氨基酸修饰的表面，系统研究了表面组成、形貌、结构和性质的变化，获得了它们与细菌、蛋白质、血小板、红细胞、凝血和体细胞等相互作用规律。.③基于细菌感染微环境特性，制备出多种自适应抗菌表面。开发的一种酸响应型磺酸盐的阴离子聚多肽涂层可在酸触发下显示出优异的抗菌活性，并在碱性溶液处理后具有良好的生物相容性和抗细菌粘附功能。制备的一种生物膜响应型聚多肽涂层不仅具有良好的生物相容性和抗菌性，还可利用细菌分泌酯酶诱导的侧链降解而表现出良好的抗生物膜性能。此外，设计制备的pH、磷酸酶等刺激响应的层状表面可实现生物相容性到抗菌活性的自适应转变。这些工作不仅拓展了聚氨基酸体系的结构与响应性能，也为发展医用功能按需启动型抗菌表面提供了新思路。.综上，本项目圆满完成了预期的研究任务，也为应对医用材料引发的院内感染问题的提供了有前景的方法。相关成果发表在Progress in Polymer Science, Journal of Materials Science & Technology, ACS Applied Materials & Interfaces, Biomacromolecules, Applied Surface Science，ACS Macro Letters, Biomaterials Science, Polymer Chemistry等期刊上，累计发表学术论文16篇。申请中国发明专利2项，授权2项。