新型高分子涂层与细菌发表分手“宣言”

科技工作者之家 2019-07-10

来源:高分子科学前沿

环化聚合物以其独特的结构(紧凑的三维结构、高官能团密度等)和性能(高转变温度、低特性粘度等)得到了广泛的关注, 然而,环化聚合物的有效合成一直是化学家们面临的挑战。Wang Wenxin团队一直致力于聚合物结构的可控研究,近日,该团队通过多烯基单体(MVMs)的可控聚合制备了单链环化/打结聚合物(SCKPs),该聚合物呈均匀的纳米颗粒形态及窄的多分散性,结构中含有多个悬垂的乙烯基。采用类似的方法,Newland等人以2-二甲胺基甲基丙烯酸乙酯(DMAEMA)、二硫键联二甲基丙烯酸二甲酯(DSDMA)和聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸二甲酯(PEGMEA)为共聚体制备了SCKPs,并将其作为非病毒基因传递载体,该SCKPs具有较好的生物相容性和较高的基因转染效率。Gao等人通过乙二醇二甲基丙烯酸酯((EGMDA)与甲基丙烯酸甲酯(MMA)共聚制备了SCKPs,发现SCKPs能显著降低聚合物的熔融粘度。MVMs种类和可控聚合方法的多样性使得SCKPs的组成具有很大的可调性,可以预期,与其他结构的聚合物相比,SCKPs在不同的应用中将表现出独特的性能。

医院里,医疗器械表面的细菌会引起交叉感染,针对这一严重的问题,科学家致力于开发具有抗菌表面的医疗器械,一个有前途的方法是开发新的聚合物涂层以防止细菌粘附。Alexander等人最近的研究表明,由含有环状烃基的丙烯酸酯单体通过自由基光聚合制备的聚合物涂层能有效地减少细菌的附着,然而,制备的聚合物涂层具有坚硬的玻璃状表面,力学性能较差,容易形成生物膜,此外,粗糙的表面也可能对组织造成损伤。为了克服这些缺点,Alexander等人通过引入软段组分提高了高分子膜的力学性能,但对抗菌性能有一定的影响。除了难以形成均匀的高分子膜外,膜中未反应的单体更是会对组织或细胞产生严重的安全风险。

针对上述问题,近日,爱尔兰都柏林大学查尔斯皮肤病学研究所Wang Wenxin教授报道了以四种多烯基单体(MVMs)为原料,通过可逆加成-断裂-链转移(RAFT)均聚反应合成了四种SCKPs,并将其涂覆在玻璃基材上,通过紫外光固化制备了SCKP薄膜,同时揭示了单链环化/打结结构对提高SCKP的抗菌性能的机理。相关工作以题目为“Bacterial-Resistant Single Chain Cyclized/Knotted Polymer Coatings”发表在《Angewandte Chemie International Edition》上。

亮点

1、制备了新型结构(单链环化/打结)抗菌性聚合物材料(SCKPs),与其他结构聚合物材料的抗菌性相比,SCKPs具有更好的抗菌性,可减少75%的细菌附着和生物膜形成;

2、研究了SCKPs抗菌作用机理,结果表明,单链环化/打结结构引起的聚合物表面形态和疏水性能的改变是提高SCKPs抗菌性能的关键。

图文解析

图1. SCKPs的合成,SCKP膜的制备及抗菌性示意图

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图2. TDDA的聚合过程变化

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(A)不同时间点下TDDA聚合物的GPC曲线;(B) 重均分子量(Mw)和分子量分布(PDI)对TDDA单体转化率的依赖性。

图3. SCKP膜的制备及其抗菌附着效果评价。

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(A) 旋涂法涂覆聚合物的示意图;(B)不同表面基质经大肠杆菌培养后的荧光图像;(C)不同表面基质的相对GFP强度。

图4. K-TDDA和非SCKP薄膜的表面形貌和疏水特性

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(A)K-TDDA(左图)和非SCKP(右图)的SEM图像,比例尺,25μm;(B)K-TDDA薄膜的AFM剖面图,左侧AFM图像中的红线部分所对应的AFM地形图(左栏)和高度剖面图(右栏);(C) 非SCKP和K-TDDA薄膜的水接触角,比例尺:A,25μm;B,200 nm。

全文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201904818

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来源:Polymer-science 高分子科学前沿

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