基于纳米内聚固体状超滑涂层在动态血流环境中实现持久抗血栓和抗生物污染的超稳定性能

《Materials Today Bio》：Robust and ultra-stable nanohesive-based solid-like slippery coating under dynamic blood flow environment for durable prevention of thrombosis and biofouling

本研究针对血液接触医疗器械面临的血栓和感染风险，开发了一种基于氨基功能化SiO2纳米颗粒锚定羧基封端硅油的固体状超滑涂层(SSC)。通过静电相互作用、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结构，实现了润滑剂的稳定固着和机械稳定性。改性后的医用导管在低剪切率(250 s-1，30天)或高剪切率(1750 s-1，7天)血流环境下仍保持优异的抗污染(>71%)和抗血栓(>67%)能力，动物实验证实其具有良好的生物相容性，为动态流体环境中医疗器械的长期抗感染和抗血栓提供了创新解决方案。

　　

在当代医疗实践中，血液接触医疗器械如心脏起搏器、中心静脉导管和血液透析装置等已成为不可或缺的治疗工具。然而，这些植入设备面临着一个共同的严峻挑战——血栓形成和细菌感染。当医疗器械与血液接触时，非特异性蛋白质、细胞和血小板会迅速在材料表面吸附聚集，进而引发凝血级联反应；同时，细菌如大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的定植则可能导致严重感染。传统上，临床主要通过全身使用抗凝剂和抗生素来应对这些问题，但这种方法往往伴随着出血风险、肝素诱导的血小板减少症和抗生素耐药性等副作用。

面对这一临床困境，表面功能化改性策略应运而生。其中，液体注入表面(LIS)技术因其优异的"超滑"特性而备受关注。但传统LIS技术存在一个致命缺陷：在动态血流环境中，润滑剂会逐渐流失，导致功能失效。此外，现有微纳米表面技术如光刻、激光烧蚀和静电纺丝等对非平面基材的适应性差，限制了其在医用导管等复杂形状器械上的应用。

正是在这样的背景下，南方医科大学珠江医院康复医学中心的研究团队在《Materials Today Bio》上发表了一项创新研究，他们开发了一种基于纳米内聚作用的"固体状"超滑涂层(SSC)，为解决动态血流环境中医疗器械的长期抗血栓和抗生物污染问题提供了全新方案。

研究团队采用氨基功能化SiO₂纳米颗粒作为粘合剂，通过静电相互作用捕获羧基封端的硅油，并将其嵌入环氧树脂基质中，构建了一种独特的固体状超滑涂层。该研究的关键技术方法包括：通过水解、缩合和交联反应制备涂层溶液；采用原子化喷涂技术在医用导管表面形成均匀涂层；利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和扫描电子显微镜(SEM)对涂层结构和形貌进行表征；通过接触角(CA)、滑动角(SA)和接触角滞后(CAH)测试评估表面润湿性能；采用体外血液循环模型和动物动静脉分流实验评价抗血栓性能；通过蛋白质、细菌和细胞黏附实验验证抗生物污染效果。

2.1. SSC-COOH改性表面(SSCMs)的制备与表征

研究人员通过两步法成功制备了SSC改性导管：首先通过水解、缩合和交联等化学反应制备"固体状"超滑溶液，然后通过喷涂在导管表面形成均匀涂层。表征结果显示，SSC-COOH涂层具有高透光性(82.4%)，FTIR光谱证实了氨基-SiO₂与-COOH封端硅油之间的强静电相互作用。油试纸测试表明涂层表面无游离润滑剂，SEM显示纳米颗粒交联形成致密微观结构，为涂层机械稳定性奠定基础。

2.2. SSCMs的稳定机制与性能

通过调控硅油末端基团(-COOH、-OH、-OCH₃)和纳米颗粒参数，研究人员深入探究了涂层的稳定机制。研究发现，SSC-COOH的优异稳定性主要源于氨基-SiO₂与-COOH封端硅油之间的强静电相互作用，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，显著高于原始硅油(232°C)。优化后的涂层在50nm纳米颗粒、质量比3:100条件下表现出最佳的综合性能。

2.3. SSC-COOH改性导管(SSCMC)的抗黏附性能

抗生物污染实验结果表明，SSCMC对蛋白质( FITC-BSA和Fg)、细菌(大肠杆菌和金黄色葡萄球菌)以及细胞(NIH 3T3和Raw 264.7)的黏附抑制率分别达到94.9%、97.1%、86.7%和82.5%以上。活性实验证实这种抗黏附作用并非通过杀灭生物物质，而是依靠涂层的超滑特性实现，表明SSC具有良好的生物相容性。

2.4. SSCMC的体外和体内抗血栓性能测试

体外血液循环实验显示，SSCMC能有效防止血栓形成，血栓重量比未改性导管降低12倍以上，导管闭塞率仅为3.3%，而对照组高达60%。血液相容性评价表明，SSCMC不会引起明显的凝血功能异常、炎症反应或肝肾功能损伤，各项生理参数均在正常范围内。

2.5. SSCMC的体内生物安全性

大鼠皮下植入实验进一步验证了SSC的生物安全性。植入7天后，所有大鼠手术部位皮肤愈合良好，未见脓肿、炎症渗出等不良反应。H&E染色显示主要器官组织形态结构完整，无病理性改变，证明SSC不会引起明显的炎症或异物反应。

2.6. SSCMC的耐久性测试

长期稳定性测试表明，在低剪切率(250 s^-1)血流环境下处理30天，或高剪切率(1750 s^-1)下处理7天后，SSCMC仍保持71%以上的抗生物污染能力和67%以上的抗血栓能力。相比之下，传统LIS涂层在相同条件下几乎完全失效。此外，SSCMC还表现出良好的耐磨性和在不同生理条件下的稳定性。

该研究通过创新的纳米内聚策略，成功开发了一种具有优异耐久性的固体状超滑涂层。该涂层通过静电相互作用、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结构，实现了润滑剂的长期稳定固着。研究表明，SSC改性导管不仅能有效抵抗蛋白质、细菌、细胞和血小板的黏附，而且在动态血流环境中表现出超稳定的抗血栓和抗生物污染性能。动物实验进一步证实了其良好的生物相容性和安全性。这项技术为解决血液接触医疗器械的长期血栓和感染问题提供了创新解决方案，在植入式医疗器械领域具有广阔的临床应用前景。