基于有机胍盐的抗菌、抗污损生物材料表面构建及性能研究

Despite advanced sterilization and aseptic techniques and procedures, infections associated with bio-medical devices/implants have not been eradicated, particularly in long-term implants. Antimicrobial coatings, which adhere permanently to an device/implant surface, inhibit microorganism colonization and have low toxicity to human cells are a promising approach to lower the incidence of infections. In this project we are intending to develop antimicrobial and antifouling surface coating using guanidyl copolymers. Guanidine polymers was synthesized and linked with polyethylene glycol (PEG) methacrylate. Then the guanidyl-PEG copolymers will be grafted onto silicone surface by a simple plasma-assisted immobilization process. The guanidyl-PEG copolymers grafted on the surface will form a thin coating which is able to kill the microorganisms contact with it, and prevent the attachment of fouling compounds. Thus this antimicrobial and antifouling surface coating has a promising prospect in bio-medical applications.

各种生物医学器件和植入体越来越广泛地应用于现代医学中，它们在改善病人生存质量和挽救生命的同时，也在受到病菌感染的威胁和困扰。当前的消毒手段并不能完全阻止病菌的侵袭，由各种生物医学器件和植入体引发的各类感染正在迅速增长，危及患者的健康，也为社会带来巨大的经济负担。因此，迫切需要开发可应用于生物医学器件和植入体表面的抗菌涂层技术，以减少相关感染的发生。在本项目中，申请人利用有机胍盐和聚乙二醇合成制备一系列新型嵌段结构抗菌化合物，并从中筛选具有良好抗菌效果和较低细胞毒性的有效化合物。进而通过等离子体表面处理技术，以有机胍盐-聚乙二醇衍生物在硅橡胶材料表面构建具有抗菌和抗污损双重功能的表面涂层。这一新型抗菌、抗污损表面涂层将被应用于生物医学器件和植入体的表面，以预防和减少相关感染的发生。

随着现代医学的发展，越来越来的生物医学器件和植入体被应用人体，例如血液或尿路导管、人造关节、整形外科填充物、各类支架、心脏起搏器等，这些生物医学器件在改善病人生存质量和挽救生命的同时，也受到病菌感染的威胁和困扰。本项目旨在研发新的表面涂层技术以求减少由各类生物医学器件或植入体所引起的感染。在研究中，我们尝试了多种利用有机胍盐及其他抗菌高分子在表面构建抗菌、抗污双功能涂层的合成策略和涂层方法，以减少生物医学器件和植入体的污染和感染。三年来我们主要围绕着对各种有机胍盐表面的器件和植入体的涂层和生物学表征开展研究工作，同时也尝试不同类型的表面涂层方法。合成制备了一系列有机胍盐-聚乙二醇衍生物，通过优化各分子结构中两亲分子平衡关系、阳离子基团的数量和分布、抗黏附片段的长度等参数，筛选出具有高效、广谱抗菌能力和良好生物相容性的化合物，该化合物具有较低的抑菌浓度，可以快速杀灭典型的革兰氏阴性菌、阳性菌和真菌，同时对哺乳动物细胞具有较高的半溶血浓度和半致死浓度。应用表面化学接枝技术，在硅橡胶、无机陶瓷、金属等生物材料表面构建出多种可以有效杀灭病菌，并可防止被周边生理环境中的生物质黏附污损的抗菌、抗污损双重功效涂层。这些涂层需要具有较高的杀灭病菌能力，对其接触到的病菌杀灭率达到99%以上，并具有较长的持续有效期；同时，这些涂层对哺乳动物细胞具有良好的生物相容性，具有应用于生物医学器件表面以降低病患感染率的潜力和前景。