N-叔戊基丙烯酰胺基水凝胶的BSA吸附、抗生物膜及防污性能研究

本研究针对传统BSA吸附技术存在的蛋白质变性、吸附剂可重复性低等问题，开发了基于N-叔戊基丙烯酰胺(NTA)的共聚水凝胶(HG1-HG28)。通过自由基聚合合成水凝胶，系统表征了其BSA吸附性能（最高129.4 mg/g，pH 5.0）、抗生物膜活性（对金黄色葡萄球菌IC50 低至20.45 μg/mL）及抗藻类附着能力（抑制率最高47.41%）。该研究为开发可重复使用的生物医用材料提供了新策略。

　　

在生物医学领域，蛋白质吸附和微生物污染是困扰医用材料应用的两大难题。传统吸附材料易导致蛋白质变性，而生物膜的形成会引发80%的持续性感染，尤其是铜绿假单胞菌(P. aeruginosa)和金黄色葡萄球菌(S. aureus)等病原体。更棘手的是，海洋环境中的石莼(Ulva lactuca)等生物附着会加速材料腐蚀。面对这些挑战，研究人员将目光投向了具有三维网络结构的水凝胶——这种高含水量的"类活体组织"材料，能否同时解决蛋白质吸附与微生物污染的双重难题？

为回答这个问题，国内研究团队在《Hybrid Advances》发表了创新性研究。他们采用自由基共聚法，以N-叔戊基丙烯酰胺(NTA)、丙烯酰胺(AM)和马来酸(MA)/N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)/丙烯酸(Ac)为单体，在甲醇/水(3:1)体系中60℃下合成了系列水凝胶(HG1-HG28)。研究运用FT-IR确认官能团，通过SEM观察形貌，PXRD分析结晶度，TGA评估热稳定性；采用溶液消耗法测定BSA吸附量，微孔板(MTP)法评价抗生物膜活性，并建立海洋藻类孢子抑制模型。

BSA吸附性能
研究发现水凝胶在pH 5.0（接近BSA等电点IEP）时吸附量最大，其中含NIPAM的HG15达129.4 mg/g。吸附后SEM显示孔隙减少，XRD峰变锐利，证实材料结晶度提升。TGA显示吸附后分解温度升高，残留量达16%，表明热稳定性增强。

抗生物膜活性
含2-丙烯酰胺-2-甲基-1-丙磺酸钠(AMPSNa)的HG39对S. aureus抑制最强（IC₅₀
20.45 μg/mL），荧光显微镜观察到细菌膜破裂，SEM显示表面粗糙度增加。抑制作用排序为AMPSNa > MA > Ac > NIPAM，这与材料亲水性和阴离子特性相关。

抗生物附着性能
对石莼孢子的抑制实验表明，100 μg/mL HG39抑制率达47.41%。研究提出"水屏障"机制：亲水性聚合物通过氢键形成致密水化层，其物理-能量双重屏障阻止生物附着。

这项研究突破了传统材料的局限，首次实现NTA基水凝胶在蛋白质吸附与抗生物污染领域的协同应用。特别值得关注的是，材料通过调节亲疏水平衡（如NIPAM的疏水特性增强BSA吸附）和阴离子密度（如AMPSNa的强水合作用抑制微生物），为设计多功能生物材料提供了新范式。研究不仅证实水凝胶可替代现有吸附剂（避免蛋白质变性），其抗生物膜特性更可延长医疗器械使用寿命，而海洋防污性能则拓展了其在船舶涂料中的应用潜力。这些发现为开发下一代"智能"医用涂层和海洋防腐材料奠定了理论基础。