综述：用于治疗皮肤疾病的水凝胶形成微针

《Materials Today Bio》：Hydrogel-forming microneedles for the treatment of skin diseases

本综述创新性地提出了一种基于纳米粘附的"类固体"滑溜涂层（SSC）策略，通过氨基功能化SiO2纳米颗粒锚定羧基封端硅油于环氧树脂基质中，利用静电相互作用、氢键和范德华力的协同效应，结合环氧树脂封装和纳米颗粒交联形成的致密微观结构，实现了润滑剂的有效固定和机械稳定性。该涂层展现出优异的抗蛋白质、细菌、细胞和血小板粘附性能，在动态血流条件下（低剪切率250 s?1持续30天或高剪切率1750 s?1持续7天）仍能保持71%以上的抗污和67%以上的抗血栓能力，为血液接触生物医学器件提供了兼具生物安全性和超稳定耐久性的解决方案。

　　

引言：血液接触生物医学器件的挑战与创新

血液接触生物医学器件（如心脏起搏器、静脉滤器、血液透析装置、中心静脉导管等）在临床治疗中广泛应用，但血栓形成和感染仍是其面临的主要挑战。传统抗凝剂和抗生素的全身使用易引发不良反应，因此开发非药物递送策略抑制生物污染（biofouling）成为迫切需求。表面改性策略中的滑溜表面技术（如液体注入表面LIS）虽具潜力，但润滑剂在血流下的流失限制了其长期应用。本研究创新性地提出"类固体"滑溜涂层（SSC）概念，通过协同物理锚定和化学键合机制，为动态流体环境中的长期抗感染和血栓预防提供了新思路。

SSC的制备与表征：结构与性能的完美结合

涂层的制备采用化学反应与喷雾相结合的两步法。首先通过水解、缩合、交联等反应制备"类固体"滑溜溶液：硅烷偶联剂水解后与原始纳米颗粒缩合形成氨基功能化SiO₂表面，进而通过静电相互作用捕获羧基封端硅油，最后与环氧树脂交联获得半透明SSC溶液。扫描电镜（SEM）显示纳米颗粒相互交联形成致密微观结构，X射线光电子能谱（XPS）证实Si和N特征峰的出现，表明涂层成功修饰于导管表面。

润湿性能测试显示，SSC对去离子水、含10%胎牛血清的DMEM培养基、细菌溶液和全血等多种水性液体的接触角（CA）均显著提高（约100°-107°），滑动角（SA）和接触角滞后（CAH）均小于10°，表现出优异的动态滑溜性能。粘附功计算结果表明SSC能显著降低表面粘附能，为抗生物粘附奠定了理论基础。

稳定性机制：分子相互作用的协同效应

通过调控硅油末端基团（-COOH、-OH、-OCH₃）和纳米颗粒参数，系统研究了涂层的稳定性机制。离子溶液侵蚀实验表明，静电相互作用是SSC-COOH稳定性的主要贡献者，氢键起次要作用。热重分析显示SSC-COOH的初始分解温度提高至360°C，进一步证实了分子间力的强化作用。纳米颗粒尺寸（15-300 nm）和浓度优化实验表明，50 nm颗粒与硅油质量比3:100时涂层具有最佳结构稳定性和滑溜性能。环氧树脂的封装与纳米颗粒交联网络的协同作用，实现了润滑剂的超稳定固定。

抗生物污染性能：从微观到宏观的卓越表现

蛋白质吸附实验显示，SSC修饰导管（SSCMC）对异硫氰酸荧光素标记牛血清蛋白（FITC-BSA）和荧光纤维蛋白原（Fg）的粘附抑制率分别达94.9%和97.1%。对大肠杆菌（E. coli）和金黄色葡萄球菌（S. aureus）的抗菌粘附实验表明，SSCMC表面荧光强度降低至少86.7%。细胞实验证实其对NIH 3T3成纤维细胞和Raw 264.7巨噬细胞的粘附抑制效果显著，单位面积细胞数降低5.8倍以上。活性测试表明这些抗污染性能并非通过毒性作用实现，葡萄糖氧化酶（GOD）活性、细菌和细胞存活率均未受影响，证明其生物安全性。

抗血栓性能：体内外实验的全面验证

体外血液循环实验显示，SSCMC组导管内无凝血形成，血栓重量降低12倍以上，管腔闭塞率仅3.3%，血流速度保持91%。扫描电镜观察发现SSCMC表面仅零星血细胞粘附，而未修饰组可见大量红细胞、血小板和纤维蛋白聚集。血液相容性实验显示溶血率仅3.15%，符合临床要求。动物实验中，凝血参数（TAT、PIC、TM）、炎症指标（CRP、TNF-α、IL-6、IL-10）及肝肾功能（ALT、Scr）均无异常变化，证实其良好的血液相容性和器官安全性。

体内生物安全性：组织层面的安心保障

SD大鼠皮下植入实验表明，SSCMC组手术部位皮肤愈合良好，无脓肿或炎症渗出。肺、肝、脾、肾、心、肌肉等组织的H&E染色未见炎性细胞浸润，细胞形态结构完整，无水肿、坏死或纤维化等病理改变，进一步验证了涂层的生物相容性和组织安全性。

耐久性测试：长效性能的突破性成果

长期血流冲击实验（低剪切率250 s^?1持续30天/高剪切率1750 s^?1持续7天）显示，SSCMC对蛋白质、细菌和细胞的抗粘附性能仍保持71%以上，抗血栓效率超过67%。相比之下，LIS涂层在相同条件下性能显著下降（<28%）。酸碱环境适应性测试表明，SSCMC在近中性生理条件下（pH=5.5-7.5、0.9% NaCl）性能稳定，耐磨实验（砂纸摩擦、高压处理、超声处理）后滑动角仍小于10°，展现出卓越的环境耐受性和机械稳定性。

结论：开创血液接触器件的新纪元

本研究开发的纳米粘附型"类固体"滑溜涂层，通过功能化纳米颗粒锚定润滑剂与环氧树脂封装的协同机制，实现了在动态血流环境下超稳定的抗生物污染和抗血栓性能。其简单的制备方法、优异的生物相容性和长效耐久性，为植入式生物医学器件的表面功能化提供了创新范式，不仅有望解决血液接触器件的临床难题，更为静态或流体环境中持久抗生物污染材料的设计开辟了新方向。