新型仿生抗菌涂层的研究

发布时间：2018-10-13 12:48

【摘要】：由生物医用材料表面粘附生长细菌引发的医源性感染已经成为威胁人类健康的严重问题。传统的抗菌涂层大多依赖富集正电荷的聚合物分子、小分子抗生素和重金属元素,存在生物相容性差、稳定性差、易促进细菌耐药性等缺点,因此,近几年来构建新型抗菌涂层成为研究的重点。从仿生的角度出发,自然界给了我们很多启示。许多两栖动物和鱼类都会在皮肤表面分泌一层富含抗菌肽(AMPs)的粘液,保护它们在富含微生物的环境中仍能保持健康。这种含有AMP的粘液层可以视为理想的动态抗菌涂层。另一方面,人们希望获得不依赖杀菌剂的广谱高效杀菌涂层,从海洋贻贝足丝蛋白中发现的聚多巴胺(PDA)结构为材料表界面修饰提供了极大便利,而PDA光热性质的发现又为设计依靠物理作用杀菌涂层提供了新的可能性,从而可以避免传统杀菌药物的使用以及实现涂层广谱杀菌功能。上述从生物中获取的分子来源广泛,具有天然的生物相容性,可以赋予抗菌涂层独特的优势。受到以上现象启发,本文设计了以下两种基于生物分子的新型抗菌涂层:一、本文首先利用层层自组装技术,选择聚乙烯亚胺(PEI)和聚丙烯酸(PAA)为组装单元,制备了海绵状多孔膜,为负载抗菌肽构建了平台。PEI和PAA经过层层自组装形成(PEI/PAA)多层膜,经pH=2.9的水溶液处理后,内部可以形成大量微米级孔洞。冻干处理后,保留多孔海绵状结构的(PEI/PAA)膜借助毛细作用力可以快速可控(5s)吸附短杆菌肽(GA)溶液,经饱和水蒸气处理8h,孔洞消失,形成(PEI/PAA)-GA涂层。涂层中GA负载量最高可达～0.22 mg cm-2。细菌染色等抗菌测试说明(PEI/PAA)-GA涂层不仅可以杀灭普通金黄色葡萄球菌(S.aureus),同样可以杀灭耐药菌株 MRS A(Methicillin Resistance Staphvlococcus aaureus),杀菌率高于90%。同时,由于(PEI/PAA)-GA涂层的动态性质,在饱和水蒸气中2h内即可修复～50 um宽的划痕,具备良好的自修复功能。二、为了实现脱离抗菌剂,构建广谱杀菌涂层的目的,本文对聚多巴胺(PDA)涂层的光热(Photothermal)抗菌能力进行了探索。首先运用多巴胺碱性条件下氧化自聚的方法在多种材料表面制备了 PDA涂层。PDA涂层的厚度可以通过反应时间在0～28nm范围内控制。涂层在可见光和近红外光区域有明显的吸收峰,并且能够将吸收的近红外光转化为热量,具备良好的光热转化功能,表现为不同材料表面PDA涂层温度有20～50 ℃的升高。并且,PDA涂层的温度和涂层厚度存在线性关系,一定功率近红外光照射下,玻璃片表面每增加1nm涂层可升高0.8 ℃。因此可以借助调控厚度控制涂层表面温度。抗菌测试证明了 PDA光热作用不仅对金黄色葡萄球菌(S.aureus),大肠杆菌(E.coli)两种细菌,对真菌白色念珠菌(C.albicans)也具备高于90%的杀灭功能,实现了脱离传统抗菌剂,仅依靠热量广谱抗菌的功能。并且PDA涂层能均匀制备于常见导管材料上,且表现出良好的抗菌性能(杀菌率95%)。说明PDA涂层在生物材料表面抗菌涂层领域具有潜在的应用价值。
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【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB306

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