经过精细调制的可功能化三元共聚物刷状纳米涂层能够抵抗蛋白质吸附和细菌附着，同时促进巨噬细胞活性及成骨细胞增殖

《ACS Applied Materials & Interfaces》：Fine-Tuned Functionalizable Terpolymer Brush Nanocoating Resists Protein Adsorption and Bacterial Adhesion while Promoting Macrophage Activity and Osteoblast Proliferation

抗污染与细胞兼容性平衡的zwitterionic聚合物刷涂层研究。通过优化CBMAA、HPMAA和SBMAA单体比例，构建了表面水合度高、电荷密度可调的多功能涂层，显著降低血清中蛋白质吸附（98%）和两种致病菌粘附（>99%）。涂层促进巨噬细胞移动和吞噬活性，同时通过RGD肽修饰实现成骨细胞特异性附着（117倍增强），保持抗污染性能。实验结合XPS、接触角测量、QCM-D及细菌-巨噬细胞共培养等表征方法，为临时和永久植入物开发提供新策略。

　　在现代生物医学工程领域，开发具有多种功能的生物材料表面，使其既能抵抗生物污染，又能支持细胞活动，仍然是一个极具挑战性的课题。为了满足这一需求，研究人员提出了一种新型的多功能性聚合物刷纳米涂层，其由三种不同的单体组成：两性离子的羧酸甜菜碱甲基丙烯酰胺（CBMAA）、两性离子的磺酸甜菜碱甲基丙烯酰胺（SBMAA）以及非离子性的N-(2-羟基丙基)甲基丙烯酰胺（HPMAA）。通过精确调节单体比例，这种聚合物刷实现了表面的水化程度和电荷的平衡，从而具备优异的抗污染性能和细胞兼容性。本研究中，优化后的聚合物刷组合为聚（CBMAA 20 mol% -co- HPMAA 77 mol% -co- SBMAA 3 mol%），该涂层在富含血清的环境中能够将蛋白质吸附减少至98%，并且能有效抑制金黄色葡萄球菌（S. epidermidis）和铜绿假单胞菌（P. aeruginosa）的附着，其效果达到99%。在静态和流动条件下，这种材料能够有效防止生物膜的形成。此外，巨噬细胞在该涂层表面表现出增强的迁移能力，这是由于其高水化特性和低蛋白质吸附，从而降低了不良免疫反应的风险。通过后续功能化修饰，例如引入Gly-Arg-Asp（RGD）肽，这种涂层还能促进成骨样SaOS-2细胞的附着和扩散，同时保持其抗污染特性。这种聚合物刷在抵抗污染、促进巨噬细胞吞噬活动以及支持SaOS-2细胞附着方面表现出良好的多功能性，使其适用于抗污染材料以及需要与宿主组织整合的医疗植入物。

为了进一步探索这一涂层的性能，研究团队对表面特性进行了系统分析。通过X射线光电子能谱（XPS）、红外光谱（IR-GAATR）、光谱椭偏仪、电泳分析以及水接触角测量等手段，评估了涂层的化学组成、厚度、ζ电位和润湿性。研究发现，随着CBMAA含量的增加，涂层的水化能力增强，同时ζ电位从高度负值逐渐向中性过渡，这种电荷平衡有助于减少非特异性吸附。动态水接触角测试显示，涂层的接触角在非润湿状态下的增加表明其表面具有较高的水化能力，这有助于形成稳定的水膜，从而降低细菌和蛋白质的附着倾向。此外，不同单体比例对涂层的物理和化学特性产生了显著影响，例如，CBMAA的引入增加了表面的两性离子特性，而HPMAA则提供了非离子性的亲水性基底，有助于调节涂层的整体性能。

在细菌附着和生物膜形成方面，该涂层表现出了显著的抑制效果。通过在微流控装置中进行细菌流动实验，研究团队发现，pCBMAA 20 mol%-co-HPMAA 77 mol%-co-SBMAA 3 mol%涂层在2小时内将S. epidermidis和P. aeruginosa的附着量分别降低了99.3%和99.0%，这表明其在多种生物环境下具有良好的抗污染性能。进一步的20小时生物膜培养实验也显示，该涂层能够有效抑制这两种细菌的生物膜形成，而未涂层的玻璃表面则出现了明显的生物膜。此外，研究还评估了涂层对巨噬细胞活性的影响。在含有S. epidermidis的环境中，巨噬细胞在涂层表面表现出更高的迁移性和吞噬能力，相较于未涂层的玻璃表面，其清除效率提高了近57%。这一现象表明，通过调整涂层的水化程度和电荷特性，可以显著增强巨噬细胞对细菌的清除能力，同时减少其对涂层表面的附着，从而避免慢性炎症和植入物的失败。

为了验证这种涂层在不同应用场景下的适应性，研究团队还测试了其对SaOS-2细胞附着和扩散的影响。结果显示，未功能化的涂层对细胞附着具有较强的抑制作用，而通过RGD肽功能化后，细胞的附着量显著增加，达到66.1 × 103个细胞/cm2，比未涂层的玻璃表面提高了约117倍。这一发现强调了RGD肽在促进细胞附着和扩散方面的重要性，同时也说明了该涂层在需要组织整合的永久性植入物中的潜在应用价值。通过这种可调节的涂层设计，可以在不同生物医学应用中实现功能的平衡，例如，在临时植入物中，如尿道导管，需要抑制细胞附着和细菌污染，而在永久性植入物中，如骨科或牙科植入物，需要促进细胞附着和组织整合。

此外，研究团队还探讨了不同涂层成分对细胞行为的影响。例如，CBMAA的增加促进了细胞的扩展和肌动蛋白纤维的形成，而HPMAA的增加则导致细胞形态更加圆润。这种对细胞行为的调控能力使得该涂层能够根据不同应用需求进行优化，从而实现更广泛的功能性应用。同时，研究团队发现，RGD肽的引入对细菌附着的影响较小，这可能是由于RGD肽在涂层表面的物理吸附和涂层的高水化特性共同作用的结果。这一发现对于开发同时具备抗污染和生物活性的材料具有重要意义，因为它表明，即使在功能化之后，材料仍然能够保持其抗污染性能。

在细胞附着和扩散的实验中，研究团队还利用荧光显微镜对细胞的形态和分布进行了详细分析。结果表明，RGD功能化的涂层表面，SaOS-2细胞能够更好地扩展，形成明显的细胞骨架和细胞核，这表明其与细胞的相互作用更为有效。相比之下，未功能化的涂层表面细胞扩展性较差，表现为聚集和未扩展的状态，这可能限制了其在需要细胞附着的应用中的效果。这些结果进一步支持了RGD肽在促进细胞附着和扩散中的关键作用，同时也强调了在涂层设计中保持电荷平衡和高水化特性的重要性。

本研究通过系统分析和实验验证，展示了如何通过调整聚合物刷的单体比例，实现对表面特性的精确调控，从而满足不同生物医学应用的需求。这种涂层不仅在抗污染方面表现出色，还能支持巨噬细胞的吞噬活动和细胞的附着与扩散，从而在抗污染和组织整合之间取得良好的平衡。此外，研究团队还发现，该涂层在多种生物介质中表现出良好的稳定性，包括血液、鼻咽样本、公共交通系统表面样本以及未处理的食品样本，这表明其在实际应用中具有广泛适用性。

总之，本研究提出了一种新型的多功能性聚合物刷纳米涂层，其通过精确调控CBMAA、HPMAA和SBMAA的单体比例，实现了表面水化、电荷平衡和抗污染性能的优化。该涂层在抑制细菌附着和生物膜形成方面表现出色，同时还能促进巨噬细胞的迁移和吞噬活性，以及SaOS-2细胞的附着和扩散。这种材料的多功能性使其在多种生物医学应用中具有广阔前景，为开发下一代抗污染和生物相容性兼备的生物材料提供了重要的理论基础和实验依据。