文章创新点
本文介绍了一种新型功能化涂层制备方法，具有持久的润滑和抗菌性能。该方法利用原料的反应速率差异，通过紫外引发聚合一次性在基材表面聚合上具有梯度结构的双组分杂化涂层，保证了涂层润滑抗菌性能的同时，涂层的力学强度得到了大的提升，在经历20000次的循环摩擦试验和21天的PBS浸泡后仍然能保持较好的润滑性能。通过引入季铵盐进一步提升涂层的杀菌能力。动物实验表明，这种涂层在延缓结壳和细菌定植方面表现出显著效果。这种引入润滑和抗菌涂层的简单方法有可能提高医疗器械的生物相容性，并在医疗器械领域具有广阔的应用前景。
文章背景
留置医疗设备，尤其是留置导尿管，在临床和养老院中被广泛用于缓解尿潴留和治疗尿失禁。据报道，在留置导尿管的置入过程中，由于摩擦力较大，容易造成组织损伤，从而引发急性炎症，加重患者的痛苦。此外，它们还可能导致细菌定植和生物膜形成，从而引发潜在感染。对材料进行润滑改性一方面可以减少植入时对组织的损伤，另一方面还能最大程度地减少蛋白质、细菌等的黏附，是目前主要的解决手段。然而，由于改性层与基底之间的不均匀性，目前大多数方法都存在改性层不稳定以及在短期内抗菌和润滑效果丧失等问题。
文章概述
基于上述背景，四川大学高分子学院谭鸿教授课题组采用紫外引发聚合方法一次性在聚合物基材表面形成具有梯度结构的杂化涂层(图1)。引入润滑和抗菌涂层后，材料表面的摩擦系数有了大幅度的降低，在植入过程中具有更好的顺应性。
图1 杂化涂层的制备和基础表征。(A) 涂层制备方法示意图; (B) 红外吸收光谱; (C) XPS能谱; (D) 水接触角; (E) 表面摩擦系数。
文章表征了梯度涂层的的润滑性能并研究其耐久性的表现(图2)。在20000次循环摩擦，浸泡PBS21天，不同摩擦频率和载荷下，涂层仍然能够保持较低的摩擦系数。SEM也表明，在摩擦前后，材料表面没有明显的变化，涂层仍然保持。
图2 涂层的持久润滑性能。(A) 20000次循环摩擦的摩擦系数; (B) 不同摩擦频率下的摩擦系数; (C) 不同载荷下的摩擦系数; (D) 浸泡PBS后的摩擦系数, (a-d) 分别为3、7、14、21天; (E) 摩擦实验前后的表面SEM照片。
文章研究了涂层的梯度结构，从时间尺度和微观结构角度证明了涂层梯度结构的存在(图3)。通过对不同反应进程的材料表面进行XPS能谱测试，表明两种原料AA和SBMA反应时间顺序上的差异。通过对所得到的涂层进行元素分析，发现SBMA的特征元素S从涂层顶部到底部的梯度分布，正式涂层梯度分布的存在。
图3 涂层的梯度结构的表征。(A) 不同反应时间下的XPS能谱; (B) 对A中N原子峰的分峰; (C) 涂层的元素分布，从涂层表面到涂层底部。
文章还进行了体外实验和动物实验来验证其作为植入性医疗器械的改性方法的可行性(图4, 图5)。体外的细胞实验和细菌实验，表明材料具有良好的生物相容性，并且在抗结壳和抗细菌黏附方面有良好的表现，引入抗菌改性涂层后杀菌能力有了进一步的提升。大鼠动物导管植入模型也表明涂层改性后的导管能降低炎症的发生，降低细菌在到导管上的定植，并且在抗结壳上有良好的表现。
图4 涂层的体外实验。(A) 细胞毒性测试; (B) 细菌黏附测试; (C) 抗结壳能力测试电镜；(D) 蛋白吸附测试；(E) 溶血实验；(F) 对 (C) 的结壳重量统计。
图5 涂层的动物实验。(A) 动物植入模型; (B) 植入后导管的菌落统计; (C) 膀胱的H＆E染色; (D) 膀胱的免疫荧光; (E) 植入后导管的结壳分析电镜(导管内侧)。
该工作发表在Chinese Journal of Polymer Science 2025年第6期。邓晓博硕士研究生是该论文的第一作者，李洁华教授为通信联系人。
原文信息：
Layered gradient-structured coating with sustained lubricating performance for the surface functionalization of implant materials.
Deng, X. B.; Wei, H. X.; Yang, L.; Luo, F.; Li, Z.; Tan, H.; Wang, Y. C.; Li, J. H.
Chinese J. Polym. Sci. 2025, 43, 1050-1058doi.org/10.1007/s10118-025-3328-4
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