响应型“抗污-杀菌-释放”抗菌表面的构建及其性能研究

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细菌在材料表面的黏附和随后增殖所形成的生物膜对生物医学和工业生产等众多领域会造成巨大的威胁。因此,通过构建抗菌表面来抵制细菌的初始附着和杀灭细菌并响应性脱附细菌以实现材料表面再生具有重大的意义。本文基于刺激响应性聚合物,结合细菌的两种不同脱附方式,构建了两种具有“抗污-杀菌-释放”三功能的刺激响应型抗菌表面,系统考察了材料表面物理化学性质对其抗菌功能的影响。本文首先通过两步顺序的表面引发原子转移自由基聚合(SI-ATRP)方法构建了下层为盐响应层聚(3-(二甲基(4-乙烯基苄基)氨基)丙磺酸盐)(poly DVBAPS),上层为亲水层聚(N-(2-羟乙基)丙烯酰胺)(poly HEAA)的双层聚合物刷体系,同时在poly HEAA链上修饰小分子抗菌剂三氯生(TCS)以形成具有防污、杀菌和细菌释放功能的三功能抗菌表面。细菌实验证明:该poly(DVBAPS-b-HEAA-g-TCS)表面在对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的3个分别的120 h和72 h长效细菌循环中,细菌黏附量小于10~6 cells/cm~2,具有长效的防污性能。在用1 M Na Cl溶液脱附后,poly DVBAPS~3倍的链伸展产生的伸展力脱附~90%以上的细菌,同时杀菌剂TCS的引入,使得poly(DVBAPS-b-HEAA-g-TCS)表面能够杀死~90%以上的附着细菌。由于在长期抗菌过程中,单纯的由刺激响应产生的链伸展力已不足以完全脱附黏附在聚合物链上“顽固”细菌,材料表面的细菌脱附性能会减弱。本文接着基于β-环糊精(β-CD)与偶氮苯(Azo)之间的主客体相互作用,在甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)和甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)形成的共聚刷上修饰β-CD形成亲水性主体部分P(HEMA-GMA)-β-CD,同时以N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)和双键偶氮苯(AAAB)的共聚物P(NIPAM-AAAB)作为客体部分,并原位沉积纳米银(Ag Np S),构建了一种双刺激响应,双脱附方式且同时具有防污、杀菌和细菌脱附的三功能抗菌表面。细菌实验表明:P(HEMA-GMA)-β-CD/P(NIPAM-AAAB)@Ag表面在对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的3个分别的72 h和48 h长效细菌循环中,细菌黏附量小于10~6 cells/cm~2,具有长效的防污性能。更重要的是,在依次使用4°C PBS溶液和365 nm紫外光脱附后,细菌的脱附率由~82%上升至~92%以上,且在三个循环都很稳定。与此同时,由于Ag NPs的存在,~92%的细菌被接触杀灭,所制备的P(HEMA-GMA)-β-CD/P(NIPAM-AAAB)@Ag具有优异的防污、杀菌和光和温度的双刺激响应释放性能。
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