Biomaterials：四川大学张凡军团队利用两性离子聚合物与阳离子聚合物共组装制备抗菌抗血栓涂层

植入性介入医疗器械，如中心静脉导管、外科缝合线、气管插管、导尿管等，已广泛应用于重症监护、外科手术及术后护理中。然而，细菌感染仍是影响其临床安全性的主要难题。临床数据显示，器械相关感染的发生率超过20%。严重的细菌感染不仅会导致器械失效和二次手术，还可能引发菌血症、脓毒症和多器官衰竭等致命并发症，显著提高患者死亡率与医疗成本。

通过抗菌涂层对器械进行表面改性，是抑制细菌黏附的有效策略。选择合适的抗菌剂是制备抗菌涂层的关键。在现有抗菌剂中，阳离子聚合物因分子链上带有正电官能团或结构单元，具有广谱抗菌活性而备受关注。这类聚合物通过静电作用破坏细菌细胞膜，且不易诱导细菌耐药性。其中，典型的阳离子聚合物聚季铵盐（PQ）含有季铵阳离子与疏水碳链，疏水碳链可进一步破坏细胞膜完整性，协同提升杀菌效果。

目前已有多种方法将PQ涂覆于器械表面，包括聚合物刷、层层自组装（LBL）以及多巴胺辅助共价接枝等。其中，通过交替吸附带相反电荷聚电解质的层层自组装技术，因其操作简便、通用性强，成为应用最广泛的方法之一，可轻松将PQ涂覆于器械表面。但通过传统层层自组装制备的涂层往往抗菌效果有限，原因是PQ的正电荷会被带负电的阴离子聚合物严重屏蔽，削弱其对细菌细胞膜的“攻击”能力，因此通常需要额外添加抗菌药物才能发挥作用。

此外，由于正负电荷间的强吸引作用，带电基团与水分子的结合被削弱，导致涂层亲水性差、抗污性能不理想。作为涂层材料，PQ本身带正电的特性也使其容易吸附蛋白质、细胞及死亡微生物，阻碍其与病原体进一步接触，进而快速丧失功能。除传统带负电的阴离子聚合物外，同时带有正、负电荷的两性离子聚合物也可与带正电的阳离子聚合物发生静电相互作用。

因此，两性离子聚合物同样可通过层层自组装辅助阳离子聚合物在器械表面成膜，已有不少研究者开展了相关涂层的研究。但据作者所知，针对该方法所制备涂层的杀菌性能、生物相容性及抗污性能的系统研究极少，甚至尚未见报道。

图1 PQ的合成及其与PA的相互作用（摘自

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与纯阴离子聚合物不同，两性离子聚合物（如聚磺酸甜菜碱、聚羧酸甜菜碱、聚磷酸胆碱等）是一类在分子链内同时带有等量正、负电荷基团的特殊聚合物，整体呈电中性。因此，仅由两性离子聚合物构建的涂层能够减少非特异性吸附，具备优异的抗污与抗血栓性能，已在临床中得到应用。

有研究表明，两性离子聚合物与阳离子聚合物之间的静电相互作用弱于传统阴离子–阳离子体系。作者推测，这种“弱静电相互作用”可以为阳离子基团提供更大的“自由度”，从而保留其破坏细菌细胞膜的能力，使涂层具备优异的杀菌性能。

这种弱相互作用也有利于维持带电基团与水分子的结合；尤其是两性离子聚合物可与水分子形成紧密结合，进而形成致密的“水合保护层”。该水合屏障不仅能阻碍蛋白质、细菌等生物大分子的黏附，还能减轻阳离子基团相关的细胞毒性，使涂层同时具备出色的抗污性能与生物相容性。

基于上述设想，该研究围绕两性离子聚合物聚[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]二甲基-(3-磺丙基)氢氧化铵（PA）与PQ通过层层自组装制备的复合涂层，系统探究其抗菌、抗污及生物相容性。首先，通过检测PA

PQ复合物在溶液中的吸光度、黏度、热效应、Zeta电位及粒径变化，研究两种聚合物间的相互作用；随后采用层层自组装制备涂层，并对其理化性质进行系统表征；通过体外与体内实验全面评价其抗菌效果、抗污性能及生物相容性。

最后，将该涂层策略应用于可吸收缝合线，在大鼠肌肉模型中验证其抗菌效果；同时对血液接触类导管进行涂层改性，考察其抗菌性能与血液相容性，重点关注抗血栓性能。综上，该研究为两性离子聚合物与阳离子聚合物协同构建复合涂层提供了理论与实验依据，为解决植入性医疗器械相关细菌感染问题提供了新思路。

参考消息：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961226001389?via%3Dihub