体内植入器件及血液接触材料的生物污染及凝血是医学应用中的常见问题，会引起多种严重的并发症，甚至导致治疗失败及患者死亡。由于材料表面吸附蛋白质, 粘附血小板等是引起生物污染及凝血的基础条件, 因此，构建生物相容性良好的抗污染涂层已经成为发展高性能医疗器械的基本策略。在众多的抗污染涂层材料研究中，两性离子聚合物涂层显示出了优异的血液相容性，但在不同材料表面构建稳定性好、结合密度高、获得仿细胞膜两性离子界面优异的抗污染涂层，仍然受到较多限制。

  针对以上问题，西北大学宫永宽教授课题组开发了在不同材料表面构建仿细胞膜结构抗污染涂层的通用型技术方法。通过仿贻贝万能粘附的聚多巴胺（PDA）介导层解决生物材料及器件表面改性缺乏共价键固定基团的难题；在两性离子聚合物主链连接多个与PDA氨基共价键锚定的测基，增加其表面结合密度及稳定性，形成类似于红细胞膜表面致密的磷酰胆碱（PC）两性离子排列结构，赋予涂层优异的仿细胞膜抗污、组织及血液相容性。为最大限度地发挥两性离子聚合物涂层的抗污染性能，便于在不同材料及器件表面推广应用，课题组最近报道了血液相容性两性离子聚合物刷表面的通用构建方法（图1）。本项研究工作以“Universal Strategy for Efficient Fabrication of Blood Compatible Surfaces via Polydopamine-Assisted Surface-Initiated Activators Regenerated by Electron Transfer Atom-Transfer Radical Polymerization of Zwitterions”为题，发表在美国化学会的学术期刊ACS Appl. Mater. Interfaces。

图1. 不同材料表面构建两性离子聚合物刷的通用方法示意图。PC,SB和CB分别表示磷酰胆碱、磺酸甜菜碱和羧酸甜菜碱两性离子基团。

  这种PDA介导，原子转移自由基聚合（ATRP）引发剂表面固定及交联，与电子转移再生催化剂技术相结合的表面引发活性聚合方法，可在空气环境的甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱（MPC）2%水溶液中，用浓度低至3.6 mg/L的CuBr₂催化，就可在玻璃（图2）及其它常用惰性材料（图3）表面构建厚度可控的MPC聚合物（PMPC）刷。构建方法及过程简便易行，适用于不同形状、大小，不同材料及器件的表面涂覆改性。

图2.A.玻璃表面构建PMPC刷过程中各表面的水接触角(a)及原子力显微镜3D形貌(b)图；B.构建PMPC刷过程中各表面的光电子能谱；C.PMPC刷厚度与聚合时间关系图。

  图3结果显示，与改性前的材料表面相比，PMPC刷表面蛋白质吸附、血小板、L929细胞粘附及血栓形成可减少99%以上，显著优于前期用PDA介导表面锚定PC两性离子聚合物涂层的相应结果（80%~98%）。而且，制备的聚合物刷涂层在pH 1~11水溶液及常用有机溶剂中稳定，应用范围及条件满足常规使用的要求。

图3. A. 不同材料表面刷构建PMPC刷前(a)、后(b)照片。B. 玻璃表面构建PMPC刷前后血小板粘附(a), 血栓形成(b)及L929细胞粘附(c)照片。C.在不同pH水溶液及有机溶剂中50°C处理24h前、后PMPC刷接触角变化。D. PMPC刷构建前、后及聚合时间对蛋白质吸附量影响图。

  另外，用PC两性离子随机共聚物主链连接多个与PDA表面氨基共价键锚定侧基的策略，获得了PC两性离子表面密度与细胞膜表面相当，结合稳定的仿细胞膜抗污涂层。相关结果在多种材料及器件表面血液相容性改性（Acta Biomaterialia, 2017, 59, 129–138；Acta Biomaterialia, 2016, 40, 153–161），血液中循环肿瘤细胞高选择性捕获（Mater. Chem. B, 2019, 7, 6087–6098），强抗污分离膜改性（J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 3231–3241；J. Membr. Sci., 2017, 528, 1–11）及体内隐形靶向纳米载药系统构建（Langmuir, 2019, 35, 1257–1265）等方面有较大的发展及应用潜力。相关研究工作得到了国家自然科学基金项目的连续资助。

  论文链接： https://dx.doi.org/10.1021/acsami.9b22574