《Surfaces and Interfaces》：Preparation and Performance Study of an Antibacterial, Hydrophilic, and Lubricious Coating on PVC Surfaces
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摘要抗菌、亲水和润滑涂层在医用导管中具有良好的应用前景，但简单的制备工艺和功能耐久性仍是面临的挑战。本文在聚氯乙烯（PVC）管表面通过浸涂法结合热固化工艺制备了一种包含氧化锌纳米颗粒（ZnONPs）、聚乙烯吡咯烷酮、季戊四醇三丙烯酸酯和γ-氨基丙基三乙氧基硅烷的复合涂层。在所
摘要
抗菌、亲水和润滑涂层在医用导管中具有良好的应用前景，但简单的制备工艺和功能耐久性仍是面临的挑战。本文在聚氯乙烯（PVC）管表面通过浸涂法结合热固化工艺制备了一种包含氧化锌纳米颗粒（ZnONPs）、聚乙烯吡咯烷酮、季戊四醇三丙烯酸酯和γ-氨基丙基三乙氧基硅烷的复合涂层。在所测试的配方中，含0.5 wt% ZnONPs的涂层在润湿性、润滑性、抗菌活性和表面形貌方面实现了最佳平衡。其水接触角为25.3°，湿摩擦系数为0.029。在悬浮接触试验中，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌效率均超过98%。经过120次砂纸磨损循环后，水接触角和湿摩擦系数分别增加至38.3°和0.079，表明在测试条件下仍保持了亲水性和润滑性。该简单制备工艺结合了体外抗菌活性、低湿摩擦和对磨损导致性能衰减的抗性，为功能性PVC导管涂层的进一步优化奠定了基础。
引言
亲水润滑涂层能够降低医疗器械表面的摩擦系数，从而最大限度地减少摩擦相关的组织损伤，已被广泛应用于医用导管等领域[1]。然而，亲水润滑涂层本身通常缺乏主动抗菌活性[2,3]。细菌感染仍然是人类健康的主要威胁[4,5]，而导管相关感染则会进一步增加患者治疗和康复的复杂性[6]。因此，提高导管表面的亲水润滑性并同时引入抗菌功能，是降低摩擦损伤和细菌感染风险、提升医用导管整体性能的重要策略[[7], [8], [9], [10]]。
迄今为止，已开发出多种抗菌亲水润滑涂层系统。根据抗菌成分的类型，这些系统[11]主要引入了无机抗菌剂，包括纳米银[12,13]、氧化锌纳米颗粒（ZnONPs）[[14], [15], [16]]和纳米二氧化钛[17,18]，以及有机抗菌剂，包括季铵化合物[[19], [20], [21]]、胍基化合物[22,23]和抗生素[24,25]等[26,27]。除了抗菌成分的选择外，将这些抗菌剂引入亲水聚合物的策略、涂层的网络结构以及涂层与基底的附着方式也可能显著影响涂层整体性能。因此，不同的制备工艺在抗菌和润滑性能、加工要求、涂层稳定性和功能耐久性方面表现出各自的特点。
关于生物活性成分引入亲水聚合物的方法，Chen等[28]依次将抗菌肽（AMPs）和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）引入硅橡胶导管表面，提高了表面亲水性并抑制了细菌黏附和生物膜形成。然而，这种多步策略涉及硅烷化、肽偶联和PVP涂覆。此外，其性能评估主要关注亲水性和抗菌效果，缺乏对摩擦行为或耐磨性的定量评估。Hu等[29]利用PVP、聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）和重组贻贝蛋白，在聚氯乙烯（PVC）和聚氨酯（PU）导管表面开发了一种双网络水凝胶涂层，集成了抗黏附、抗菌和保湿润滑功能。该涂层在100次往复摩擦循环后仍保持约0.04的摩擦系数，表现出良好的润滑稳定性。然而，其制备需要重组蛋白的分离和纯化，以及苯甲酮预处理和紫外固化。针对抗生物膜应用，Ivanova等[30]通过超声辅助共沉积制备了ZnONPs/淀粉酶涂层，将抗菌活性与生物膜基质的酶降解相结合，在动态人工尿液模型中抑制了7天的生物膜形成。Bai等[31]将季铵化聚乙烯亚胺与两性共聚物结合，集成了接触杀灭和抗黏附功能，在动态培养条件下有效抑制了30天的生物膜形成。虽然这些研究为长期抗生物膜活性提供了大量证据，但并未同时评估湿润滑性能和摩擦耐久性。为进一步整合抗菌和润滑功能，Jiang等[32]将季铵抗菌成分和PVP引入聚氨酯网络中，通过热固化形成涂层。该工艺通过工业设备放大生产进行了验证，显示出其大规模制备的潜力。然而，制备该涂层需要先期合成季铵抗菌成分。Li等[33]通过聚电解质介导的黏附，在硅橡胶导管表面构建了包含PVP和聚丙烯酸-丙烯酰胺共聚物的水凝胶涂层。聚乙烯亚胺（PEI）和聚六亚甲基双胍盐酸盐（PHMB）的引入赋予涂层抗菌活性，同时保持了润滑性能。然而，制备工艺涉及多个步骤，包括等离子体活化、浸涂和紫外固化。Zhang等[34]制备了载碘的聚(羟基乙基甲基丙烯酸酯)（PHEMA）/PVP/甘油涂层，在连续冲洗后仍保持低摩擦。然而，其抗菌活性有所降低，表明在评估多功能导管涂层长期性能时，应分别评估润滑稳定性和抗菌耐久性。
上述研究在整合抗菌、抗生物膜和润滑功能方面取得了进展，部分系统还经过了放大验证。不同的方法在功能成分的来源、界面锚定方法和固化条件方面表现出各自的特点。因此，对于PVC基底而言，仍需进一步研究开发基于易获取成分和相对简单制备方法的涂层系统，同时通过配方优化平衡抗菌活性、低湿摩擦和磨损后润滑性能的保持。
在上述研究的基础上，本工作考察了一种由易获取的PVP、季戊四醇三丙烯酸酯（PETA）、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷（KH550）和ZnONPs通过单步浸涂和热固化制备的PVC涂层。其贡献在于将相对简单的制备路线与配方筛选相结合，实现了体外抗菌活性、低湿摩擦和磨损后亲水润滑保持的整合。考察了ZnONP含量对润湿性、摩擦、抗菌活性和表面形貌的影响，以确定最佳平衡配方。对所选涂层进一步进行了磨损耐久性、锌释放和浸提细胞毒性的评估，以表征其功能性能及对潜在导管应用可能存在的局限性。
章节摘要
材料
聚氯乙烯（PVC）管，外径（OD）8 mm，内径（ID）6 mm，购自台州市复信新材料有限公司。聚乙烯吡咯烷酮（PVP）纯度≥99%；纳米氧化锌（ZnONPs，产品编号Z820772），纯度99.9%，标称粒径30 ± 10 nm，粒径范围20–40 nm，呈白色至淡黄色粉末状，购自上海麦克林生化科技有限公司（中国上海）。
结论
本研究展示了一种相对简单的浸涂和热固化路线，使用易获取的成分在PVC表面制备了一种基于PETA的复合涂层，该涂层集成了体外抗菌活性、低湿摩擦和磨损后亲水润滑保持。在所考察的配方中，含0.5 wt% ZnONPs的涂层表现出优异的综合性能，水接触角为25.3°，湿摩擦系数为0.029，抗菌
CRediT作者贡献声明
傅思明：形式分析、撰写–初稿。杨康利：概念化、资金获取、方法论。袁志清：撰写–审阅与编辑、监督、资金获取。龙旭宇：可视化。黄志霖：验证。杨志翔：数据管理。戴泽鑫：数据管理。肖耀强：调查。
CRediT作者贡献声明
傅思明：撰写–初稿、形式分析。杨康利：方法论、资金获取、概念化。龙旭宇：可视化。戴泽鑫：数据管理。黄志霖：验证。杨志翔：数据管理。肖耀强：调查。袁志清：撰写–审阅与编辑、监督、资金获取。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文所报告工作的已知财务利益或个人关系。
致谢
本研究由湖南省教育厅资助（编号：20A158）。
傅思明|杨康利|龙旭宇|戴泽鑫|黄志霖|杨志翔|肖耀强|袁志清
