抗菌和抗生物污染性能可控的功能高分子

Materials with both antimicrobial and nonfouling properties have attracted increasing attention due to their broad applications, such as diagnostic devices and implanted biomaterials. This kind of materials has been prepared, where the capacities of antimicrobial and nonfouling functionality were tuned through the hydrolysis of ester group or tuning the pH of the solution. However, there is no report concerning on adjusting the antimicrobial and nonfouling properties through other stimulus. In this project, we are going to synthesize random copolymers containing carboxybetaine groups with nonfouling property and amidine or ferrocene groups with the ability of switching between positive and neutral charge. The antimicrobial and nonfouling activities of these materials can be switched through the adjustment of pH of the solution (going through the solution with carbon dioxide or nitrogen) or the addition of reductant or oxidant (tuning the potential). Thus, the long-term activity and controllability of the materials with both antimicrobial and nonfouling capacities should be resolved. In addition, this project would not only open a new avenue for the design and synthesis of the materials with antimicrobial and nonfouling functionalities, but provide some instructive guides for the preparation of this kind of materials with better functionalities.

由于同时具有抗(杀)菌和抗生物污染性能的智能材料在医学诊断和医学移植等领域具有广泛的应用前景，人们已开发出可以通过酯水解反应、抗(杀)菌剂的包覆/释放和pH的改变来调节材料的抗(杀)菌性和抗生物污染性能的新型聚合物。但是，对通过外部环境刺激调控材料的抗(杀)菌和抗生物污染性能的报道仍然较少。本项目中，申请者拟制备含有电性、并可在电中性和正电性之间转换的脒或二茂铁基团和具有抗生物污染性能的两性离子羧酸甜菜碱基团的无规共聚物。通过溶液的pH值的改变(二氧化碳/氮气的通入)或氧化还原剂的加入(电势的调节)，来调控该类聚合物在抗生物污染和抗(杀)菌性能之间的转换，解决这类材料的长效性和可控性的问题。该项目的实施必将为设计和合成具有抗生物污染和抗(杀)菌性能的新型功能材料开辟一条新的途径，并对开发新型具有抗生物污染和抗(杀)菌性能的材料具有积极的指导意义。

本研究基于两性离子聚合物本身优异的抗污性能，通过结构的设计和聚合方法的优化，不同表面制备策略的尝试和对比，制备出了一系列不同特性抗污表面的两性离子聚合物，并对其进行了抗污性能的整体评价。研究分为以下四个部分：.1. 两性离子聚合物PSBMA改性PSF膜的性能研究.本研究利用简单的自由基聚合分别制备了不同拓扑结构的两性离子聚合物P(4VPx-r-SBMAy)，通过改变单体4-乙烯基吡啶(4VP)和[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵(SBMA)的比例来探究聚合物成分对于膜性能的影响。利用两性离子共聚物作为添加剂，使用浸没相转化法制备混合基质膜。通过考察接触角、膜表面成分、膜的微观形态等变化，添加剂的加入对于PSF膜均有一定的致孔作用，但是不同类型的添加剂和添加剂比例对致孔性的影响存在明显差异。.2. 两性离子聚合物PCBMA的合成及分析.基于两性离子单体甲基丙烯酸羧酸甜菜碱(CBMA)的结构特征，采用不同结构和特性的单体进行共聚反应，通过对反应条件的摸索和聚合物结构的分析发现，对于两性离子而言，RAFT聚合不能实现两性离子的高效共聚，但是为之后的两性离子聚合物的合成提供了新思路。.3. P4VP改性的两性离子聚合物表面的抗污性能研究.利用RAFT聚合制备了含有两性离子侧链的聚合物分子刷，并利用旋涂方法在导电玻璃(ITO)上形成了聚合物涂层表面。两性离子的聚合物分子刷表面呈现出超亲水和表面光滑的特性。蛋白吸附性和细胞粘附性试验结果显示，最优化比例的两性离子表面呈现出优异的抗蛋白吸附性能，对于牛血清蛋白和溶菌酶的吸附量基本接近于0。.4. 两性离子/聚乙二醇协同抗污功能性表面的研究.通过“grafting to”方法在金片表面制备了具有协同抗污功能的两性离子涂层。利用先聚合后修饰的方法成功实现了两性离子的共聚，随后将聚合物通过化学键沉积在金片表面。实验结果已经证明在这些聚合物分子刷表面上存在PEG和两性离子侧链并且对涂层的防污性能具有协同效应。