“万能胶”型两性离子聚合物刷的构建及其抗生物污染性能研究

The surface biofouling induced by protein adhesion will decrease material proformance and may threaten human health. The development of anti-fouling surfaces from the polymer brush modification treatment based on the “grafting-to” method would be of great practical significance to national defence and economy. In this project, zwitterionic polymers with surface-adhesive end groups will be designed and synthesized by combining "universal glue" and "anti-adhesion" two contradictory properties. By using a solution adsorption method, i.e., “grafting-to” method, the zwitterionic polymers will be attached on various surfaces to fabricate the zwitterionic polymer brushes with anti-fouling properties. The complex interactions between polymer and substrate and interactions between substrate and biomacromolecules which will provide modified surfaces with different surface energies, surface chemistries, surface topographies and protein adhesion abilities will be systematically studied. The polymer and polymer brush designs will satisfy the desire of the convenient and simple to be implemented on surfaces with large and intricate shapes. The versatile method and the bioinspired design will provide chances and strategies to non-fouling surface modification.

由于蛋白质吸附而引起材料表面生物污损不仅导致材料功能下降，在医疗器械中发生则可能威胁病人的生命，构建防生物污损的聚合物刷涂层技术在许多领域有重要应用。本项目拟设计制备具有多巴胺端基的两性离子聚合物，集“万能胶”和“抗粘附”两种对立性质于一身，利用溶液吸附方式可以简单有效地构建具有良好的生物相容性和优异抗蛋白吸附性能的聚合物刷。项目拟对两性离子聚合物刷的制备方法、两性离子聚合物与不同性质基材的相互作用、两性离子聚合物刷的表面形态、表面物理化学性质及其抗生物污染性能等进行系统研究，深入理解高分子与材料的界面相互作用、材料表面与生物大分子之间的相互作用规律，为开发普遍适用的抗吸附聚合物刷提供新的思路，为大面积、简单有效地表面改性提供新的途径，为仿生的两性离子化表面设计提供新的策略。

抗蛋白质非特异性吸附材料可以有效减少材料表面的蛋白质吸附从而提高材料的生物相容性，抗蛋白质吸附的抗污表面在生物医药、医疗器械、船体涂层、食品包装、环境水处理等领域具有广泛重要应用。本项目采用实验与理论计算相结合的方法，通过设计制备具有多巴胺粘附基团的两性离子聚合物，采用溶液吸附的方法在材料表面接枝亲水性两性离子聚合物，从而构建具有良好的生物相容性和优异抗蛋白吸附性能的聚合物刷膜。项目对不同结构两性离子聚合物的溶液聚集形态及其在材料表面的吸附构型、两性离子聚合物与不同性质基材间的相互作用、聚合物刷膜的表面物理化学性质及其抗蛋白吸附性能等进行系统研究，探索聚合物结构与其表面吸附构型之间的关系，揭示聚合物刷膜表面性质与表面构型对表面抗蛋白性能之间的协同作用机制。具体研究内容包括：单端基多巴胺基聚合物与双端基多巴胺基聚合物的制备、溶液聚集形态及其所形成聚合物刷膜的性能对比；利用不同多巴胺粘附层构建具有两性离子小分子亲水涂层用于表面抗污和油水分离；组分含量对多巴胺甲基丙烯酰胺与两性离子无规共聚物的表面粘附性能、表面亲疏水性能和表面抗蛋白性能的影响等。上述研究结果为开发普遍适用的抗吸附聚合物刷提供新的思路，为大面积、简单有效地表面改性提供新的途径。目前已在国际知名学术刊物上发表SCI收录研究论文9篇；申请发明专利3项，获授权发明专利1项。参加本项目主要研究工作的研究生中有1人获博士学位，5人获硕士学位。