生物醫(yī)用材料(Biomaterials)在上世紀(jì)50年代僅被定義為“用于醫(yī)療器械的材料”。現(xiàn)如今,它的定義已變的非常廣泛,任何與生命系統(tǒng)有相互作用的修飾物質(zhì)都被可以定義為生物材料。生物醫(yī)療導(dǎo)管,如血管內(nèi)造影導(dǎo)管和泌尿系統(tǒng)管,已被廣泛用于在醫(yī)療過(guò)程中不可避免的液體、氣體以及藥物傳輸。憑借無(wú)毒、生物惰性等優(yōu)點(diǎn),有機(jī)硅彈性體作為一種重要的原材料被廣泛應(yīng)用于醫(yī)用導(dǎo)管的生產(chǎn)。作為一類(lèi)硅橡膠,PDMS是一類(lèi)常用的醫(yī)用導(dǎo)管材料,其具有良好的柔韌性、惰性和耐久性這些精細(xì)導(dǎo)管和其他生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用所必需的優(yōu)良性質(zhì)。但PDMS表面疏水性和黏附性較強(qiáng),在水基環(huán)境中表面潤(rùn)滑性能欠佳,在體內(nèi)介入使用中易造成軟組織損傷,引起感染和血栓。基于此,通過(guò)對(duì)有機(jī)硅彈性體的表面或內(nèi)部進(jìn)行修飾或材料設(shè)計(jì),可提高硅橡膠材料的潤(rùn)滑、抗菌及抗黏附等性能,以滿(mǎn)足臨床對(duì)醫(yī)用導(dǎo)管多方位的性能需求。
近期西北工業(yè)大學(xué)劉國(guó)強(qiáng)教授課題組開(kāi)發(fā)了一種具有快速光熱滅菌和強(qiáng)抗細(xì)胞黏附性的超潤(rùn)滑硅橡膠彈性體,研究成果以題“Super-Lubricating Hybrid Elastomer with Rapid Photothermal Sterilization and Strong Anti-Cell Adhesion”發(fā)表于Chemical Engineering Journal, 2022, 434, 134763。該材料的制備策略是通過(guò)有機(jī)/無(wú)機(jī)混合與表面該新的組合,同時(shí)賦予硅彈性體光熱響應(yīng)性能與潤(rùn)滑功能性表面。首先,將具有強(qiáng)光熱效應(yīng)的四氧化三鐵納米顆粒嵌入硅橡膠基底并固化,賦予材料光熱響應(yīng)性能。然后通過(guò)表面自由基聚合將具有水潤(rùn)滑與抗黏附功能的聚合物接枝在硅橡膠基底表面上,實(shí)現(xiàn)材料表面的水和潤(rùn)滑與抗黏附功能。展望未來(lái),基于此類(lèi)多功能硅橡膠材料的醫(yī)用導(dǎo)管將顯示其在潤(rùn)滑減輕導(dǎo)管插拔疼痛、抗組織粘連和高效滅菌方面的優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái),該課題組在功能水合潤(rùn)滑材料領(lǐng)域做了一系列研究工作,受邀以題“Polymer-based lubricating materials for functional hydration lubrication”在Chemical Engineering Journal, 2022, 429, 132324上,系統(tǒng)闡述了圍繞水合潤(rùn)滑的機(jī)理研究、材料設(shè)計(jì)及功能應(yīng)用等。
圖1. 具有快速光熱滅菌和強(qiáng)抗細(xì)胞黏附性的超潤(rùn)滑硅橡膠彈性體
圖2. 硅橡膠彈性體制備與表面修飾
圖3. 修飾后硅橡膠彈性體表面形貌與物理性質(zhì)的變化
圖4. 修飾后的硅橡膠彈性體在空氣環(huán)境中的光熱效應(yīng)
圖5. 修飾后的硅橡膠彈性體在水環(huán)境中的光熱效應(yīng)
圖6. 修飾后的硅橡膠彈性體具有快速光熱殺菌功能
圖7. 修飾后的硅橡膠彈性體具有優(yōu)異的水合潤(rùn)滑性能
圖8. 修飾后的硅橡膠彈性體具有良好的生物相容性與明顯的抗細(xì)胞黏附性
論文第一作者為西北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院趙楠博士,通訊作者為西北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院劉國(guó)強(qiáng)教授。研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、省部級(jí)基金等的資助。
原文鏈接:
Nan Zhao, Xiaohua Gao, Zhuo Chen, Yang Feng, Guoqiang Liu, Feng Zhou, Weimin Liu. Super-lubricating hybrid elastomer with rapid photothermal sterilization and strong anti-cell adhesion. 2022, 434, 134763.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894722002704?dgcid=author
作者簡(jiǎn)介:
劉國(guó)強(qiáng),西北工業(yè)大學(xué)教授,博導(dǎo),2009年和2012年獲得湖北大學(xué)本科和碩士學(xué)位,2015年獲得中國(guó)科學(xué)院大學(xué)博士學(xué)位,導(dǎo)師劉維民院士和周峰教授,于2015年9月開(kāi)始在香港理工大學(xué)鄭子劍教授課題組開(kāi)展博士后研究,于2019年加入西北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院,入選翱翔海外學(xué)者計(jì)劃和陜西省高層次人才青年項(xiàng)目,以第一或通訊作者已在Chem. Rev., Adv. Mater., Small, Adv. Mater. Technol., Chem. Eng. J., ACS Macro Lett., Chem. Commun., ACS Appl. Mater. Interfaces等國(guó)際期刊上發(fā)表SCI論文30余篇。主要研究方向包括聚合物基功能潤(rùn)滑材料、仿生和生物潤(rùn)滑材料、表面納米圖案化和三維納米制造等。
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