含氟嵌段共聚物-金属氧化物纳米粒子抗菌复合材料的制备及协同抗菌性能研究

Pathogenic bacteria infection can bring serious harm to human beings and society. It is still a great challenge to prepare antibacterial materials which can not only inhibit the adhesion of bacteria but also have antibacterial properties. It is well known that fluorinated material has very low surface energy. In this project, fluorinated block copolymers will be designed and synthetized. By regulating the self-assembly or co-assembly process of the block polymers and their hybrids with metal oxide nanoparticles, a film that can inhibit bacterial adhesion and kill bacteria is fabricated. The microphase separation of fluorinated block copolymers and their hybrid materials, the formation conditions, control factors and antibacterial properties of the surfaces with microregion protuberance in regular arrangement or with micro-nano hierarchical structures will be investigated in details. The influencing rule of the molecular structure of fluorinated block copolymers and composite film structure on antibacterial properties will be obtained. The control methods of the composition, structure and morphology of hybrid antibacterial materials may be found. So accurate control of the structures of hybrid materials can be realized and finally composite antibacterial materials with novel properties will be obtained, moreover the antibacterial mechanism will also be investigated. After this study, novel routes to control the composition, morphology and structure of composite antibacterial materials will be developed. Furthermore, this study will provide scientific basis and means for the design and fabrication of novel composite antibacterial materials. Therefore, this study is of great importance both in scientific and practice.

致病菌感染给人类和社会带来严重危害，如何制备既能抑制细菌黏附、又具有杀菌性能的抗菌材料，仍然是一个巨大的挑战。含氟材料是自然界所有物质中表面能极低的一种材料，本项目拟设计、制备分子链中同时含有含氟段和杀菌段的嵌段共聚物，通过调控其自组装及其与金属氧化物纳米粒子的共组装过程，构筑既能抗细菌黏附又具有杀菌功能的薄膜，通过研究含氟嵌段共聚物在薄膜表面形成规则排列的微区突起或者微米-纳米分级复合结构的条件、控制因素和抗菌性能，揭示含氟嵌段共聚物薄膜的微观结构对抗黏附性能和杀菌性能的影响规律，掌握其组成、结构和表面性质的控制方法，实现对抗菌材料结构的精确控制，最终获得具有独特性能的抗菌材料，并探讨其抗菌机理。期望通过本研究，发展新的调控含氟嵌段共聚物基复合抗菌材料的化学组成、形态和结构的方法，为新型复合抗菌材料的设计和制备提供科学依据。因此本研究不仅具有重要的科学意义，而且具有重要的应用价值。

同时具有抗细菌黏附和杀菌性能的抗菌材料，在医疗卫生等领域有重要的应用前景。本工作从共聚物分子结构设计出发，成功制备出多种具有不同分子结构的含氟共聚物（包括无规、接枝、嵌段），通过自组装获得了不同形态的聚集体，以此构筑了抗菌涂层并研究其的抗黏附和杀菌性能；同时进行了金属氧化物纳米粒子的制备及防污性能研究。主要结果如下：（1）成功合成了聚丙烯酸-r-聚全氟癸基丙烯酸乙酯（PAA-co-PFDEMA）无规共聚物，与聚六亚甲基双胍盐酸盐（PHMB）复合，得到水分散的PAA-co-PFDA/PHMB纳米粒子，以此构筑的涂层具有良好的抗细菌黏附、杀菌、止血效果和生物相容性。（2）通过聚苯乙烯-b-聚丙烯酸（PS-b-PAA）的侧链羧基和含氟醇（PFD）的羟基之间的酯化反应制备了氟功能化的PS-b-PAA-g-PFD接枝共聚物，其自组装形成的多面体胶束与PHMB复合形成PS-b-PAA-g-PFD/PHMB复合胶束，以此构建的涂层具有优良的抗细菌粘附及杀菌效果。（3）以甲基丙烯酸（MAA）和2-全氟癸基丙烯酸乙酯（FDA）为单体制备出PMAA-co-PFDA共聚物，进一步和螺吡喃（SP）反应得到P(MAA-co-SP-co-FDA)接枝共聚物，进一步与PHMB复合得到具有pH响应的P(MAA-co-SP-co-FDA)/PHMB，其涂层具有优良的抗菌、防污、监测、生物相容性等特性。（4）合成了聚甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯-b-全氟癸基丙烯酸酯嵌段共聚物，低温诱导自组装可形成多种形态的聚集体，季铵化后的聚集体涂层在室温下具有良好的抗细菌粘附和杀菌效果。（5）合成了聚（甲基丙烯酸2-（二甲基氨基）乙酯）-b-聚（低聚乙二醇甲基丙烯酸甲酯）-b-聚甲基丙烯酸十二氟庚酯的三嵌段共聚物，季铵化后的共聚物涂层具有优异的抗黏附和抗菌性能，含氟组分和PEGMA的协同作用增强涂层的防污性能。（6）合成出季铵化聚甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯-b-3-甲基丙烯酰多巴胺-b-甲基丙烯酸十二氟庚酯三嵌段共聚物，其涂层具有良好的防污、杀菌性能，与基底的粘结力强。（7）制备了棒状TiO2纳米粒子，其涂层具有良好的防污性能。（8）制备了PHMB 与硬脂酸钠复合抗菌剂，该抗菌剂具有良好广谱杀菌性及生物相容性。项目取得了预期的结果，其研究结果为制备新型含氟抗菌材料提供了依据。