冰片与两性离子涂层的协同效应：增强抗菌及抗生物膜性能的创新研究

【编辑推荐】针对医用植入物表面微生物感染难题，研究人员通过硫代甜菜碱(SBMA)与冰片(BA)双分子复合涂层改性聚二甲基硅氧烷(PDMS)，优化比例后实现同步抗菌、抗霉菌黏附及抗生物膜形成，体内实验证实其良好生物相容性，为医疗器械表面抗感染涂层设计提供新思路。

　　

微生物感染是医疗领域面临的重大挑战，尤其是植入器械表面形成的生物膜，不仅导致持续性感染，还可能引发致命并发症。据统计，约80%的人类感染与生物膜相关，而长期使用抗生素加剧了微生物耐药性。现有抗菌涂层多依赖杀菌机制，存在环境风险与功效衰减问题，且对霉菌污染的防控不足。针对这一难题，中国国家自然科学基金资助的研究团队在《Colloids and Surfaces B: Biointerfaces》发表论文，创新性地将天然萜类化合物冰片(isobornyl acrylate, BA)与两性离子材料硫代甜菜碱(sulfobetaine methacrylate, SBMA)结合，通过硫醇-烯点击化学(click chemistry)在PDMS表面构建双分子复合涂层，系统探索了不同SBMA/BA比例对微生物黏附的抑制作用。

研究采用三大关键技术：1）紫外光引发硫醇-烯点击化学构建交联网络，以三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)为交联剂增强稳定性；2）通过X射线光电子能谱(XPS)和接触角测试表征涂层化学组成与亲水性；3）结合体外抗菌实验与小鼠皮下植入模型评估生物相容性。

化学结构表征
傅里叶变换红外光谱(FTIR)证实BA和SBMA成功接枝到PDMS表面，XPS显示硫元素特征峰证明硫醇基团参与反应。接触角测试表明SBMA/BA比例为1:1时涂层呈现最佳亲水平衡。

抗菌与抗生物膜性能
金黄色葡萄球菌和大肠杆菌黏附实验显示，1:1比例涂层对细菌黏附抑制率达90%以上，显著优于单一组分。针对黑曲霉的测试首次证实该涂层可减少75%霉菌黏附。共聚焦显微镜观察到涂层表面细菌生物膜EPS（胞外聚合物）分泌被显著抑制。

体内生物相容性
小鼠皮下植入28天后，涂层周围组织未出现明显炎症反应，溶血率低于5%，证实其临床适用性。

该研究突破性地将天然萜类立体化学效应与两性离子材料结合，首次实现单一涂层同步抵抗细菌、霉菌及生物膜形成。其创新点在于：1）通过分子比例调控解决亲水涂层抗霉菌效果差的行业痛点；2）避免杀菌剂释放带来的耐药性风险；3）点击化学法适用于多种医疗器械基材。研究成果为植入器械感染防控提供了兼具广谱抗菌性、长效稳定性与生物安全性的解决方案，尤其对免疫功能低下患者的真菌感染预防具有重要临床价值。Chen Chen等学者特别指出，这种"立体化学屏障+电荷平衡"的协同机制，为开发新一代抗微生物黏附材料开辟了新路径。