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西南交通大学黄楠教授、杨志禄副教授、涂秋芬副教授团队在构建抗菌、抗凝血、抗炎多功能材料研究方面取得新进展
2018-12-19 来源:中国流变网    点击次数:103次    

  血液接触植/介入器械及体外血液循环设备在临床应用中一直面临着感染、炎症以及易凝血等并发症,这些并发症不仅会影响器械寿命,更为严重的是对患者造成极大的伤害。目前,临床应对这些问题的主要策略是通过系统给药方式进行抗生素和抗凝药物辅助治疗,但是长期使用抗生素和抗凝药物则不可避免地会引起一系列副作用,如抗生素耐药性和血小板减少症等、甚至出血等。通过表面改性,赋予该类器械长效地抗凝血、抗菌、抗炎等多性能有望解决或降低临床并发症。然而,目前报道的大多数表面改性方法存在工艺复杂、表面预处理需求、涉及到有毒化学试剂等问题。因此发展一种简单、通用且高效的表面改性方法成为这一领域亟待解决的问题。

  近来,西南交通大学材料学院黄楠教授、杨志禄副教授、涂秋芬副教授团队,以植物多酚和儿茶酚胺灵感化学,以植物多酚(单宁酸、没食子酸)和儿茶酚胺(多巴胺、去甲基肾上腺素)作为骨架材料,在温和的弱碱性水相条件下,通过一步分子/离子共自组装法,成功地在材料表面构建了以“铜-酚”和“铜-酚-胺”为网络结构的且具有界面一氧化氮催化功能的粘附涂层。该法巧妙地将铜离子的广谱强效抗菌性、铜离子的内源性一氧化氮供体催化活性和多酚的抗炎功能有机的统一起来,实现了材料表面同步实现抗凝、抗菌和抗炎三重功能。研究表明,这种简单高效的结合不仅赋予了材料表面多重功能,相较于其他多功能血液接触材料表面改性所涉及到的复杂工艺,该法不仅具有工艺简单、条件温和、友好,而且该类涂层制备成本十分低廉,该策略为该领域的材料表面功能设计提供了新的思路。

图1. 金属-酚及金属-酚胺涂层构建及其功能发挥示意图。

  为了验证涂层的生物学效应,研究者分别对其进行了系统的体外生物学评价及半体内血液循环实验。研究结果证实,该涂层具有优异的NO催化活性。涂层改性的材料表面通过催化血液中内源性一氧化氮供体(RSNO)释放理疗NO气体可以有效的实现抗凝血的作用。值得一提的是,通过精确控制铜和酚胺物质的配比可以精确调控涂层的一氧化氮催化释放能力。此外,对革兰氏阴性和阳性细菌进行的抗菌实验也证明,该涂层鳌合的铜离子具有优异杀菌功能,其抗菌率在百分之九十五以上。研究者还将优化的涂层改性医用不锈钢片样植入大鼠体内,发现该类涂层具有良好的抗炎功能。此外,细胞毒性结果表明,该类涂层具有优异的细胞相容性,以临床应用最为广泛之一的医用金属材料不锈钢为对照,涂层改性样显著地促进血管内皮细胞粘附和增殖。而涂层这一关键性功能的发现,为其临床应用更为广阔的应用提供了可能。

图2. 金属-酚胺涂层改性PVC导管半体内抗凝血结果。

图3.金属-酚胺涂层改性PVC材料表面抗菌结果。

  相关研究成果分别以“Assembly of Metal?Phenolic/Catecholamine Networks for Synergistically Anti-Inflammatory, Antimicrobial, and Anticoagulant Coatings”为题发表在材料界面领域知名期刊ACS Applied Materials and Interfaces(2018, 10 (47), pp 40844–40853)以及以“A facile metal–phenolic–amine strategy for dual-functionalization of blood-contacting devices with antibacterial and anticoagulant properties”为题发表在材料化学领域知名期刊Materials Chemistry Frontiers(2018,DOI:10.1039/C8QM00458G)上。杨志禄副教授黄楠教授分别为两篇论文通讯作者,涂秋芬副教授和2015级沈学红硕士研究生以及2014级博士研究生李向阳为该系列论文第一作者;西南交通大学材料先进技术教育部重点实验室/材料科学与工程学院为论文的第一通讯单位。该研究工作得到了国家自然科学基金-重点项目(81330031)、国家自然科学基金-面上项目(31570957)、国家自然科学基金-青年基金项目(81501596)、“十三五”国家重点研发计划项目(2017YFB0702504)、四川省杰出青年基金(2016JQ0027)以及西南交通大学“优青培养基金”(2682018ZT23)等项目的大力支持。

  论文链接:

  https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.8b14409

  https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/qm/c8qm00458g#!divAbstract 

 
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