无氟双层SLIPS涂层：用于体外循环管路中的抗粘附和红细胞保护

《Progress in Natural Science: Materials International》：Fluorine-free bilayer SLIPS coating for anti-adhesion and erythrocyte preservation in extracorporeal circulation tubing

SLIPS涂层技术通过PS-SiO?-PDMS复合材料实现氟化物替代，形成高孔隙率结构，显著降低红细胞损伤和生物污染，具备自修复、耐久及环保特性，适用于体外循环系统。

　　这项研究提出了一种革命性的、不含氟元素的、具有双层结构的SLIPS（Slippery Liquid-Infused Porous Surfaces）涂层，它由聚苯乙烯（PS）、二氧化硅（SiO?）和生物相容性聚二甲基硅氧烷（PDMS）组成。SLIPS技术作为抗污技术的前沿领域，近年来在表面科学中取得了重要进展。这种新型涂层通过简便的自组装和热处理工艺，形成了一种结构稳固且高度有序的多孔结构，从而实现了对多种溶剂的优异润滑性、对蛋白质的抗粘附性能以及快速自修复能力。这种创新材料展现出105°的水接触角，能够在至少30天内保持其功能，并且通过润滑剂的重新注入，可以轻易恢复其性能，使其具有出色的可重复使用性和耐用性。在应用于体外循环导管的内壁时，该SLIPS涂层显著降低了红细胞损伤的风险，并有效抵抗生物污垢，突显了其在临床血接触设备中的巨大潜力。此外，PS作为基质材料，能够有效固定SiO?纳米颗粒，无需使用有毒的表面活性剂，同时具有卓越的耐候性，使得该方法在海洋、医疗和工业等多个领域成为环保、高性能SLIPS涂层的新标杆。

在医学领域，心脏手术及其他复杂的医疗干预依赖于体外循环系统来维持患者的氧合和组织灌注。这些系统的核心是人工导管网络，通常由硅胶、聚四氟乙烯（PTFE）、聚氯乙烯（PVC）和聚氨酯（PU）等材料制成。这些导管必须能够可靠地与复杂的生物液体接触，同时保持机械和生化完整性。然而，尽管过去几十年来不断进行创新，传统导管材料仍然面临诸多挑战：血栓形成、阻塞性血凝块以及在循环过程中红细胞的机械损伤或破裂。这些并发症严重限制了设备的使用寿命，增加了患者的发病率，并突显了在生物医学领域迫切需要先进的、多功能的表面工程技术。

为了解决这些问题，已经开发了多种涂层，包括亲水性聚合物（如聚乙二醇、甜菜碱）、疏水性聚合物（如PDMS）以及生物活性涂层（如肝素、抗凝剂）。每种策略都有其优势，例如增强血液相容性或减少蛋白质吸附，但同时也存在权衡。亲水性涂层在长期生理暴露下容易发生水解降解和性能下降，而疏水性表面虽然最初具有抗润湿性，却可能促进生物污垢、蛋白质粘附或细菌定植。同时，生物活性涂层在监管审批和临床应用中往往引入复杂性，还存在免疫反应或出血的风险。这些现实情况表明，需要一种能够兼顾长期稳定性、强抗粘附性、血液相容性以及环境可持续性的涂层。

近年来，SLIPS技术作为表面科学的突破性进展，受到Nepenthes捕虫植物卓越的昆虫捕获能力的启发。SLIPS的运作原理与超疏水或传统低污垢涂层截然不同：它利用一种被锁入多孔、化学兼容性基质中的液体润滑剂，形成一种动态、全疏性的界面，不仅能够排斥多种液体，包括蛋白质和细胞悬浮液，还表现出快速自修复和卓越的耐用性。然而，尽管这些优势，SLIPS在临床和工业应用中的广泛应用仍然受到几乎普遍依赖氟化材料的限制，无论是固相基质还是润滑相。基于氟化基质，张等人开发了Ag–PTFE/PFOTES涂层，以实现对细菌和蛋白质共沉积的抗性以及可接受的成纤维细胞细胞相容性。同样，PFPE润滑的氟硅烷化陶瓷SLIPS也提供了强大的污垢释放能力，但再次依赖氟化润滑剂或硅烷以确保稳定性。然而，由于氟化材料在高温下释放有毒气体的问题，研究人员开始探索替代材料。陈等人引入了双层润滑剂注入的颗粒薄膜，显示PDMS胶体与硅油的结合可以减少对氟化化学的依赖，并特别指出基于PDMS的滑腻涂层在医疗设备中的生物友好性。然而，这些方法本质上仍然依赖氟化润滑剂（如Krytox GP 103、杜邦产品）。除了传统的PTFE/PFPE系统，龙等人尝试使用天然的坡缕石/OTMS喷雾路线，随后进行硅油注入，以创建具有改善耐用性和抗结冰/腐蚀性能的与基底无关的SLIPS，突显了无氟固体和润滑剂在可扩展涂层中的实用性。因此，需要复杂的合成和制造过程。材料设计是下一代SLIPS的核心。理想的SLIPS系统应集成：（1）结构稳固、化学惰性的多孔支架；（2）固相与注入润滑剂之间的强界面相容性；（3）制造简便性和可扩展性；（4）绝对的生物相容性和环境安全性。响应这些需求，我们设计了一种无氟、具有双层结构的SLIPS涂层，通过聚苯乙烯（PS）、二氧化硅（SiO?）和生物相容性聚二甲基硅氧烷（PDMS）的协同组装来实现。

聚苯乙烯被选为基质材料，因其出色的生物相容性、机械稳定性和能够在玻璃化转变温度以上发生相变的能力，使其能够同时作为粘结剂和连续相，用于固定无机颗粒。二氧化硅纳米颗粒被整合以构建高度有序、可调的多孔网络，这不仅提高了表面积，还促进了毛细作用驱动的润滑剂保留，同时赋予了材料机械强度。PDMS作为广泛使用的医用级润滑剂，被注入以赋予涂层优越的润滑性、自修复能力和长期稳定性。在轻微加热下，PS会变得流动，牢固地将SiO?颗粒锚定在基底上，形成有序的双层结构，而无需额外的表面活性剂或有毒粘合剂。一旦注入PDMS，双层多孔网络便展现出对蛋白质和血细胞的优异抗粘附性能，能够在机械损伤后自我修复，并且在生理压力下长期保持其功能。本研究不仅推动了环保SLIPS技术的发展，还为下一代血接触医疗设备提供了一种通用且可扩展的解决方案。通过克服传统依赖氟化材料和粘合剂的局限，我们开发的无氟SLIPS为生物医学、海洋和工业领域提供了更安全、更可持续、更高效的涂层选择。