高分子生物仿生涂层（天然仿生材料设计实现通用和智能抗菌涂层）

高分子生物仿生涂层（天然仿生材料设计实现通用和智能抗菌涂层）利用两种天然仿生材料原儿茶醛(PA)和氨基糖苷(AGs)，开发了一种简单、高效的智能抗菌涂料合成方法：PA是一类典型的天然多酚分子，具有促凋亡和抗菌作用，AGs是一种广谱抗菌有机分子。多酚类组分对不同表面均具有强附着力和高亲和力。辣根过氧化物酶催化酶聚合方法使PA分子作为胶粘剂，将不同基质胶粘起来。要点一：研究速览近期，四川大学Cheng Yiyun教授团队和华南理工大学Li Yiwen教授团队合作在材料学权威期刊Advanced Functional Materials上发表了有关天然仿生材料设计实现通用和智能抗菌涂层的研究工作。可按需释放抗生素的智能抗菌涂层在医疗器械、抗生素输送平台和植入设备中吸引了越来越多的关注。然而，在通用基底上轻松制备具有高抗生素负载效率、可调的药物释放曲线和优良的抗菌性能的抗菌涂层仍然面临许多挑战，尤其是涉及到涂层材料的合成和选择性基片制备工艺。基于此，该论文

原创Wang YR 抗菌科技圈

第一作者：Lei Yang

通讯作者：Yiyun Cheng Yiwen Li

通讯单位：四川大学，华南理工大学

研究速览

近期，四川大学Cheng Yiyun教授团队和华南理工大学Li Yiwen教授团队合作在材料学权威期刊Advanced Functional Materials上发表了有关天然仿生材料设计实现通用和智能抗菌涂层的研究工作。可按需释放抗生素的智能抗菌涂层在医疗器械、抗生素输送平台和植入设备中吸引了越来越多的关注。然而，在通用基底上轻松制备具有高抗生素负载效率、可调的药物释放曲线和优良的抗菌性能的抗菌涂层仍然面临许多挑战，尤其是涉及到涂层材料的合成和选择性基片制备工艺。基于此，该论文报道了一种简单而坚固的制造方法，通过在植物酶辣根过氧化物酶（HRP）存在的情况下，将两种类型的天然材料即氨基糖苷（AGs）和原儿茶醛（PA）集成在一锅中，在各种基底上实现智能抗菌涂层涂覆。该智能涂层不仅具有高载药量和动态pH响应性能，还可实现抗生素的按需释放以及高效抗菌活性。这项工作合成方法简单、高效，并且为利用仿生材料构建功能强大的抗菌涂层提供了思路。

要点分析

要点一：

利用两种天然仿生材料原儿茶醛(PA)和氨基糖苷(AGs)，开发了一种简单、高效的智能抗菌涂料合成方法：PA是一类典型的天然多酚分子，具有促凋亡和抗菌作用，AGs是一种广谱抗菌有机分子。多酚类组分对不同表面均具有强附着力和高亲和力。辣根过氧化物酶催化酶聚合方法使PA分子作为胶粘剂，将不同基质胶粘起来。

要点二：

该涂料展现了强大且智能的抗菌性能，为智能抗菌涂料的设计提供了思路。该涂层材料具有高载药量和pH响应性能的同时，还可实现抗生素的按需释放以及高效抗菌活性。更重要的是，整个制备过程只需要一锅反应，实验条件温和，这为利用仿生材料在各种基底上合成智能抗拒涂层提供了一种简单的方法。

图文导读

图1：(a)通过一锅反应制备PA/AGs智能抗菌界面的流程图。(b c)不同基材，无/有PA/TOB涂层。

图2： a) 无(上)和有(下)PA/TOB涂层玻璃的水接触角; b c) PA/TOB @Glass和PA/ TOB @ PES的SEM图像; d) PA/TOB @Si的AFM高度图像; e) 高度沿白线波动(d) PA/TOB @Si的AFM高度图像; f) PA/TOB @Si三维AFM高度图像; g) 不同涂布时间下PA/TOB @Glass的厚度; h) 不同TOB浓度下PA/TOB @Glass厚度; i) 不同基材的厚度统计。j) PES涂覆PA/TOB前(红线)和涂覆后(黑线)的XPS测量扫描;k) N 1s和l) C 1s TOB/PA@PES的高分辨率光谱。

图3：a) PA/TOB@PES在不同pH下的抗生素释放谱图; b) 不同PA/CAT比值的PA/TOB/CAT@PES抗生素装药量; c) 不同PA/CAT质量比(pH=5)下PA/TOB/CAT@PES的抗生素释放谱; d) 涂层和降解PA/TOB/CAT@PES的数码照片。e) PA/TOB@PES抗菌界面的可回收性。f) 不同类型AGs的化学结构; g) 抗生素载量和h)不同pH条件下PA/AG涂层抗生素释放谱。

图4：a) 抗菌医疗器械示意图。b) 分别对大肠杆菌、铜绿假单胞菌、表皮葡萄球菌和金黄色葡萄球菌的ZOI图像。c) 未涂覆/涂覆PES膜处理后的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌活/死双染色。d) 未涂覆/涂覆PES薄膜处理的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的SEM图像。e) 包覆/未包覆PES薄膜对四种细菌的抗菌活性，f) 三种不同医疗器械对金黄色葡萄球菌的抗菌活性。

图5：a) 通过普通外科手术植入医疗器械示意图。植入之前设备已被感染。分别植入有涂层和无涂层骨钉(b)和导管(c)的小鼠图像。植入前已感染金黄色葡萄球菌。d) 骨钉上的金黄色葡萄球菌计数，e) 感染后3天不同器官的金黄色葡萄球菌计数。f) 导管上金黄色葡萄球菌计数，g) 感染后3天不同器官的金黄色葡萄球菌计数。h) 感染部位周围组织的组织学切片。

图6： a) 通过普通外科植入医疗器械的示意图。小鼠植入后感染金黄色葡萄球菌。b) 植入涂层和未涂层装置并进一步感染金黄色葡萄球菌的小鼠图像。c) 感染部位组织的组织学切片。d) 骨钉上金黄色葡萄球菌计数，e) 感染后3 d不同器官金黄色葡萄球菌计数。f) 导管上金黄色葡萄球菌计数，g) 感染后3 d不同器官金黄色葡萄球菌计数。

结论

为解决抗菌涂层设计中存在的合成和选择性基片制备工艺问题，本文提出了一种面向智能抗菌涂层表面的简便和高效的制造方法。

1、本研究通过利用两种天然仿生材料氨基糖苷和原儿茶醛合成了一种智能抗菌涂料，该合成方法简单、高效，且材料坚固。

2、该智能涂层材料具有高载药量、动态pH响应性能、可调药物释放曲线以及高效抗菌活性。

全文链接： https://doi.org/10.1002/adfm.202108749

参考文献：Lei Yang Changping Wang Lin Li Fang Zhu Xiancheng Ren Quan Huang

Yiyun Cheng * and Yiwen Li* Bioinspired Integration of Naturally Occurring Molecules

towards Universal and Smart Antibacterial Coatings. Adv. Funct. Mater. 2022 32 2108749.

投稿 kangjunkejiquan@163.com