用于外周插入式中心静脉导管的超亲水/超疏水复合涂层，可显著提升其防污、抗血栓和抗菌性能

《Chemical Engineering Journal》：Super-hydrophilic/super-hydrophobic composite coating on peripherally inserted central venous catheters for enhanced antifouling, antithrombotic, and antibacterial performance

导管相关血栓和感染通过超亲水-超疏水复合涂层实现协同抗污，体外蛋白和血小板/细菌吸附减少50%-95%，体内动物模型血栓形成显著改善。

　　在现代医疗实践中，静脉导管被广泛应用于多种治疗场景，如药物输注、长期营养支持、中心静脉压监测以及癌症化疗等。这些导管，尤其是经外周静脉置入中心静脉导管（PICC），因其操作简便、安全可靠而受到临床医生的青睐。然而，随着使用量的增加，导管相关的血栓形成（CRT）和导管相关性血流感染（CRBSI）也逐渐成为影响治疗效果的重要并发症。这些问题不仅会导致导管功能受损，还可能危及患者的生命安全，因此，如何有效解决CRT和CRBSI已成为医学材料领域的重要研究课题。

为了应对上述挑战，研究人员提出了一种创新性的解决方案，即通过构建一种复合多功能抗污染涂层，结合超疏水和超亲水结构，以提升导管的抗血栓和抗菌性能。这种涂层利用原子转移自由基聚合（ATRP）技术，将两亲性单体——含阳离子和阴离子的两性离子化合物2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱（MPC）与低表面能的4,4,4-三氟-2-丁烯酸（TFBEA）进行共聚，形成具有微相分离结构的复合材料。该材料通过共价键固定在导管表面，从而实现持久的抗污染效果。

MPC作为一种典型的两性离子聚合物，具有优异的亲水性和生物相容性。其分子结构中的正负电荷相互抵消，形成稳定的电荷平衡，从而有效防止蛋白质和血细胞的非特异性吸附。这种特性使得MPC能够结合血液中的水分分子，形成一层稳定的水合膜，从而减少污染物在导管表面的附着。另一方面，TFBEA因其低表面能和疏水特性，能够在导管表面形成一层疏水层，降低血液与导管之间的接触面积，从而抑制血栓形成和细菌附着。这种超疏水层通过空间效应和静电排斥作用，进一步减少血液成分与导管表面的相互作用。

通过将MPC与TFBEA结合，形成的复合涂层在结构上呈现出微相分离的特征。这种结构不仅能够发挥两亲性材料各自的优势，还可能产生协同效应，使得涂层在面对复杂的生物环境时，表现出更强的抗污染能力。实验结果显示，该复合涂层在体外测试中，能够显著降低蛋白质（50%）、血小板和细菌（对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌分别减少95%和87.5%）的附着，同时有效减少血栓形成（超过80%）。在体内实验中，使用该涂层的导管在兔子和猪模型中，通过超声波检测，显示出显著改善的抗血栓性能，进一步验证了其在实际应用中的潜力。

该涂层的稳定性和生物安全性也是研究的重要内容。通过共价键固定，确保了涂层在长时间接触血液的情况下不会轻易脱落，从而维持其抗污染性能。此外，涂层的生物相容性得到了充分验证，其对机体的刺激性较低，不会引发严重的免疫反应或炎症。这些特性使得该涂层具备了在临床环境中长期使用的可行性。

在实际应用中，传统的抗凝血药物如肝素钠（HS）虽然能够有效防止血栓形成，但其可能引发血小板减少等副作用，限制了其在某些患者群体中的使用。而抗生素虽然在治疗CRBSI方面具有重要作用，但随着耐药菌株的出现，其在预防和治疗细菌感染方面的效果逐渐减弱。因此，开发一种既能防止血栓形成，又能抑制细菌附着的新型涂层，成为解决上述问题的关键。

本研究提出的复合涂层技术，为解决CRT和CRBSI提供了新的思路。通过将超亲水和超疏水结构相结合，不仅提高了导管表面的抗污染能力，还增强了其在复杂生物环境中的适应性。该技术的优势在于，它能够在不依赖传统抗凝血药物和抗生素的情况下，通过物理和化学机制实现对血栓和细菌的双重抑制，从而降低患者的并发症风险，提高治疗的安全性和有效性。

在材料合成方面，研究人员采用了一种简单而高效的ATRP方法，将MPC和TFBEA共聚并固定在导管表面。这一过程首先通过引入异氰酸酯基团（-NCO）对导管表面进行化学修饰，随后利用三（2-氨基乙基）胺（TAEA）与-NCO基团反应，完成表面氨基化。最后，通过MPC和TFBEA的羧基与表面氨基之间的酰胺化反应，实现涂层的共价固定。这种方法不仅确保了涂层的稳定性，还使得其在实际使用中能够保持良好的性能。

涂层的结构特性是其功能实现的重要基础。通过微相分离结构，MPC和TFBEA能够在导管表面形成具有不同物理化学性质的区域。这种结构有助于形成更有效的水合膜，同时降低表面能，从而共同作用于防止污染物的附着。此外，该结构还能通过物理屏障作用，减少细菌与导管表面的直接接触，降低生物膜形成的可能性。

在实际应用中，该复合涂层的性能表现尤为突出。体外实验表明，该涂层能够显著降低血小板、蛋白质和细菌的附着率，从而有效减少血栓形成和感染风险。而在体内实验中，使用该涂层的导管在兔子和猪模型中表现出良好的抗血栓效果，进一步证明了其在真实生物环境中的有效性。这些实验结果不仅为新型抗污染导管的研发提供了重要的理论依据，也为临床应用提供了实际的参考。

本研究的创新点在于，通过设计一种具有超亲水和超疏水结构的复合涂层，实现了对CRT和CRBSI的双重防控。这种涂层不仅在体外表现出优异的抗污染性能，而且在体内实验中也验证了其实际应用价值。此外，该技术的可行性还体现在其制备过程的简便性和稳定性上，使得其能够在实际医疗设备中得到广泛应用。

未来，该技术仍有进一步优化和拓展的空间。例如，可以探索不同比例的MPC和TFBEA对涂层性能的影响，以找到最佳的配方组合。同时，也可以考虑将该涂层与其他生物活性分子结合，以增强其抗菌和抗凝血效果。此外，随着对材料表面工程研究的深入，未来可能还会开发出具有更多功能的复合涂层，以满足不同临床需求。

综上所述，本研究提出的复合涂层技术为解决CRT和CRBSI提供了新的方法。通过结合超亲水和超疏水结构，该涂层能够在导管表面形成稳定的水合膜，降低污染物的附着率，同时通过降低表面能，减少血栓形成和细菌感染的风险。该技术不仅具有重要的理论价值，还具备广阔的应用前景，有望在未来的医疗设备研发中发挥重要作用。