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引 言

醫(yī)用涂層是一種應(yīng)用于醫(yī)療器械表面的特殊材料，旨在改善器械的生物相容性、潤滑性、耐磨性以及其他功能特性。按照功能一般可分成超滑涂層、抗凝血涂層、抗菌涂層、藥物釋放涂層和生物相容性涂層幾類?？咕繉邮墙Y(jié)合了抗菌與超滑特性的特殊涂層，因其能夠在降低有害微生物的表面黏附、抑制有害微生物生長的同時，還能為所附著的基材提供出色的潤滑性能，被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。

1.生物醫(yī)用抗菌超滑涂層

醫(yī)源性感染是指在醫(yī)療或預(yù)防工作中，由于未能嚴格執(zhí)行規(guī)章制度和操作規(guī)程，而由病原體所引起的感染。這些病原體可能來源于病人本身、污染的醫(yī)療器械、醫(yī)療環(huán)境或未嚴格執(zhí)行的無菌操作等。據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）報告，全球每年有數(shù)百萬人發(fā)生醫(yī)源性感染。近年來，中國對醫(yī)源性感染問題也給予了高度關(guān)注。根據(jù)公開發(fā)布的信息，醫(yī)源性感染患病率整體呈上升趨勢。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，器械的使用，不僅提高了醫(yī)療服務(wù)的效率和質(zhì)量，還深刻影響了患者的治療效果和生活質(zhì)量。

然而由于器械之間的摩擦、器械與人體的摩擦等，也導(dǎo)致了器械的磨損、功能障礙、組織損傷和維護成本增加等問題。而抗菌超滑涂層的使用，不僅使器械的放置、使 用和取出過程變得更加順暢，降低患者的疼痛感和異物感，還可滅殺病原微生物，降低器械使用過程中的醫(yī)源性感染風(fēng)險的發(fā)生。抗菌超滑涂層的性能取決于涂層中的抗菌成分和超滑成分，一般情況下是兩種或多種成分協(xié)同作用達到的效果，然而并不排除單一的成分能夠同時起到抗菌和超滑的效果。抗菌效果的實現(xiàn)是涂層中的抗菌物質(zhì)通過干擾微生物細胞壁的形成，破壞細胞膜，抑制微生物體蛋白質(zhì)的合成，干擾其遺傳信息的復(fù)制，破壞其信息及物質(zhì)的傳輸系統(tǒng)等多種方式，使微生物無法完成正常的生命活動，實現(xiàn)對微生物的滅殺。超滑涂層的機制主要涉及涂層表面的特殊結(jié)構(gòu)、低表面能物質(zhì)和納米材料的應(yīng)用。超滑涂層通常具有特殊的表面結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)有助于減少液體與涂層表面的接觸面積，從而降低黏附力。低表面能物質(zhì)具有 很低的表面張力，其有著優(yōu)異的疏水、疏油和自潤滑性能。這些物質(zhì)的加入可在醫(yī)療器械表面形成一層潤滑膜，從而使醫(yī)療器械具有很好的潤滑性能。納米材料因其納米級尺寸使其能夠輕松進入醫(yī)療器械表面的微小凹坑和損傷部位，并迅速吸附在摩擦表面上，形成一層薄膜來提高器械的潤滑性能。同時，納米粒子在摩擦過程中可以與摩擦表面發(fā)生化 學(xué)反應(yīng)，生成耐磨的化學(xué)反應(yīng)膜。反應(yīng)膜的形成能夠隔離摩擦的金屬表面，從而降低摩擦和磨損 。

2.抗菌超滑涂層在生物醫(yī)用領(lǐng)域的應(yīng)用

隨著醫(yī)療技術(shù)的不斷進步和人們對醫(yī)療安全的日益重視，醫(yī)療器械的安全性和有效性成為了關(guān)注的焦點。抗菌超滑涂層作為一種創(chuàng)新的表面處理技術(shù)，能夠有效地減少醫(yī)療器械在使用過程中引起的感染風(fēng)險，提高醫(yī)療器械的安全性和有效性。目前，利用抗菌超滑涂層的醫(yī)械產(chǎn)品正逐漸被應(yīng)用到臨床實踐中。

2.1 牙科矯正器

牙齒矯正，作為一種常見的口腔治療手段，對于改善牙齒排列、恢復(fù)咬合功能和調(diào)整面部輪廓等有著很好的效果。矯正器已廣泛應(yīng)用于正畸治療，根據(jù)其制作材料和應(yīng)用一般分為固定矯正器和隱形矯正器。矯正器一般由弓絲與托槽組成。研究發(fā)現(xiàn)，矯正器弓絲與托槽之間的摩擦，會抵消大約12%~60%的矯正力。并且矯正器的使用也有著引發(fā)齲齒、牙周 病、牙菌斑和口腔粘膜磨損等問題 。固定矯正器的涂層一般采用金屬納米材質(zhì)。納米氧化鋅（ZnONPs）不僅具有良好的生物相容性和抗 菌性能，而且相比致密的ZnO，納米氧化鋅可以更好地降低摩擦。

通過沉積-沉淀法將 ZnONPs 涂覆不銹鋼（SS）弓絲，相比未涂覆的弓絲，其摩擦力可減少39%~51%。并且可在托槽與弓絲之間的角度變化0~10的情況下保持超滑性能。當(dāng)角度增加時，其超滑的能力得到了增強。然而，也有報道稱在SS弓絲上涂覆 ZnONPs 后摩擦力沒有明顯降低，但在陶瓷支架上涂覆 ZnONPs 可以降低摩擦力。更有趣的 是，在SS弓絲和陶瓷支架上涂上ZnONPs 并沒有減少摩擦力。這種現(xiàn)象提示，當(dāng)使用SS弓線和陶瓷支架的組合作為矯正器時，不需要同時在弓線和支架上涂氧化鋅涂層，這樣在降低成本的同時，還會降低減輕摩擦的效果。銀納米顆粒（AgNPs）是另一種廣泛用于正畸矯正 器表面涂層的金屬納米材料。王佳等利用摻雜銀的磁控濺射技術(shù)成功地在 SS 塊上制備了摻雜銀的硼化鉭（TaAgB）固溶體涂層，涂層將摩擦力降低到了 0.08。由于其良好的硬度、強度和生物相容性，可以用于正畸弓絲和托槽。銀鍍層作為一種貴金屬，原料價格相對較高。然而，納米銀涂層具有多功能特性，即使其價格很高，也可能被公眾所接受。因此，有必要開發(fā)具有更小摩擦、抗菌等特性的納米銀涂層。

聚甲基磺基甜菜堿酯（PSBMA）分子鏈上同時擁有正電荷和負電荷，且兩部分都具有高度的水合作用，是一種高度阻抗蛋白質(zhì)非特異性吸附的材料，同時也能阻抗細菌黏附以及生物膜的形成。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，PSBMA可用于制備抗污涂層，以減少蛋白質(zhì)和細菌的黏附，提高醫(yī)械的生物相容性。Wei R 等通過甲基丙烯酸縮水甘油酯（GMA）開環(huán)反應(yīng)將親水性聚合物接枝到胺化矯治器材料表面開發(fā)了具有潤滑 、防污 和防粘附性能的親水性PSBMA 涂層。該涂層顯著降低了矯治器材料表面的摩擦系數(shù)，并且對細菌粘附和生物膜形成有著明顯的抑制效果。在空氣或人工唾液中保存 2 周后，涂層性能保持穩(wěn)定。對大鼠口腔黏膜無刺激作用。牙菌中包含大量的粘附物，對 PSBMA 膜與牙菌斑微生物相互作用的評估表明，涂層表面生物膜的形成受到顯著抑制。在涂層生物相容性得到確認的情況下，通過將 PSBMA 和原代人牙齦成纖維細胞（hgF）共培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，完整的PSBMA涂層可以防 hgF 粘附，在調(diào)控細胞粘附和增殖方面有著一定的價值。通過原子轉(zhuǎn)移自由基聚合（ATRP）方法可合成 PSBMA 和聚（環(huán)氧丙（PPO）基團的共聚物。共聚物中SBMA 重復(fù)單元的數(shù)量和接觸表面積越多，抗菌粘附性能越強。此外，其抗菌能力和依附基材的表面形態(tài)也有一定關(guān)系，凸表面和凹陷表面對細菌的抵抗力更好。這和共聚物自組裝改性過程中，兩性離子分子更密集的表面覆蓋以及與平面不同的聚合物排列有關(guān)。

2.2 手術(shù)縫合針線

手術(shù)縫合針線在外科手術(shù)中扮演著至關(guān)重要的角色，它們被用于各類手術(shù)切口的結(jié)扎縫合。通過引入抗菌超滑涂層，可以進一步提高手術(shù)縫合線的抗菌性能和潤滑性能，降低手術(shù)部位感染的風(fēng)險，同時減少縫合線對周圍組織的刺激和損傷。聚多巴胺（PDA）可以提高基材表面的耐用性和 耐磨性。PTFE 可賦予低摩擦系數(shù)和抗微生物的特性。活性炭粉末作為填料可以填補表面裂紋和不平整表面，且活性炭顆粒有著自潤滑的特性，可以降低接觸表面的摩擦性能。將聚多巴胺（PDA）、聚四氟乙烯（PTFE）和活性 炭組成涂層用于手術(shù)針表面。

涂層后的手術(shù)針，在聚氯乙烯（PVC）組織體中測試時，最大平均插入力和拔出力可分別降低 62% 和 64%；在牛腎組織中插拔實驗，可分別降低 49%和 30%的力。但是這種涂層的耐久性、生物相容性和抗菌性能仍需進一步研究 。在縫合線的研究方面，以聚對苯二甲酸乙二醇酯和聚酰胺為手術(shù)縫合線基材，由羧甲基纖維素鈉、殼 聚糖和二葡萄糖酸洗必泰組成的涂層進行抗菌修飾。處理后的縫合線在保持其原有機械強度和拉伸強度的前提下，獲得了對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、 肺炎克雷伯菌等致病菌很高的抗性。改良手術(shù)縫合線可以穩(wěn)定可控地提供長達30 d的抗菌特性。但是，縫線的抗菌藥物的作用時間、細胞毒性和血液相容性未得到確認，在向臨床應(yīng)用轉(zhuǎn)化過程中，仍需證實縫合線在體內(nèi)的臨床安全性和生物相容性。

2.3 引流導(dǎo)管

引流導(dǎo)管是將人體組織間或體腔內(nèi)積聚的膿血、 液體等導(dǎo)引至體外的器械。在導(dǎo)管的置入和使用過程中，導(dǎo)管與人體組織的摩擦往往會給患者帶來不適感。某些情況下，這些不適的持續(xù)影響甚至?xí)?dǎo)致患未經(jīng)醫(yī)護人員同意私自拔除導(dǎo)管的情況。在導(dǎo)管使用過程中，外源性感染情況同樣是一個嚴重的問題。抗菌超滑導(dǎo)管的出現(xiàn)很好地解決了這一問題。將 PSBMA 涂覆在PVC 管材上，可制備兩性離子涂層。在表面潤滑性方面，相比于裸PVC表面，兩性離子涂層動態(tài)摩擦系數(shù)從0.63降低到 0.35。更可以減少超過75%的大腸桿菌和金黃色葡萄球菌粘附，并且能夠延緩生物膜形成。

然而，這只是一定程度地延緩生物膜的形成，最終定植的細菌仍可以在表面增殖和遷移，最終形成生物膜。通過光聚合法制備硅膠導(dǎo)管表面木糖醇水凝膠涂層，不僅表現(xiàn)出低摩擦系數(shù)（CoF≈0.1），并且得益于木糖醇單元的水合層和防作用，涂層對主要導(dǎo)致尿路感染的大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、耐甲氧西林金黃色葡萄桿菌等有著普遍的粘附抗性。但是涂層工藝制作復(fù)雜，且涂層呈現(xiàn)粘液狀態(tài)，后期在生產(chǎn)轉(zhuǎn)化過程中，產(chǎn)品的包裝和滅菌等問題是轉(zhuǎn)化的難點。具備水響應(yīng)性Janus 粘附和酸度觸發(fā)轉(zhuǎn)化的新型水凝膠涂層，可有效防止導(dǎo)管插入過程中水凝膠涂層的脫落，同時涂層摩擦系數(shù)僅為 0.03。

水凝膠涂層的酸性觸發(fā)機制使得水凝膠內(nèi)殼聚糖/牛血清白蛋-白金納米顆粒適應(yīng)性釋放，有助于減少生物膜形成并協(xié)同緩解炎癥程度。這在兔尿路感染模型和豬氣管插 管模型的試驗中，取得了很好的效果。然而，水膠涂層在穩(wěn)定的保濕性、長期儲存等方面需要進一步研究。聚多巴胺具有優(yōu)異的粘附性，能夠牢固地粘附在各種材料表面。這種粘附性使得聚多巴胺在表面修飾、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。Zhao Y 等采用叔丁基過氧化氫引發(fā)接枝聚合的方法成功合成了支化聚電解質(zhì)聚合物（PEI-PMPC然后將聚合物接枝到了聚多巴胺（PDA）改性的聚氨 酯（PU）表面，生成固體 PDA/PEI-PMP 涂層。與未改性的 PU 表面相比，PEI-PMPC 改性的 PU 表面的大腸桿菌、金黃色葡萄球菌的粘附顯著降低。陽離子聚乙 烯亞胺（PEI）可用于殺死粘附在表面的細菌，但是其 殺菌效果未做具體表述 。通過 PDA 輔助將 PEI、微 量銅（Cu）和 PMPC 沉積在PU上，其中PEI 和微量銅 （Cu）作為協(xié)同抗菌組分，對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌均表現(xiàn)出 99%的抗菌活性。

同時，由于 PMPC 的高水合特性，涂層的摩擦系數(shù)降低了52%，表現(xiàn)出卓越的潤滑性能。由聚乙烯醇（PVA）、β-環(huán)糊精（β-CD）、四臂聚乙 二醇（PEG）通過接枝和主客體識別交聯(lián)，獲得的多功能水凝膠涂層（PVEQ）可實現(xiàn)水凝膠中裂紋的自修復(fù)。高親水性 PEG/PVA 骨架和兩性離子QAC構(gòu)建的潤滑表面，將摩擦系數(shù)降低為原來的十分之一。QAC 在兩性離子和陽離子內(nèi)酯之間的可逆轉(zhuǎn)化，起到了按需 殺菌的效果 ，可有效防反復(fù)細菌感染 。PVEO水凝膠是由PEG和 PVA 衍生物制備的，PEG 和 PVA 前體聚合物有著易于獲取、低毒性和生物相容性等生物良性特性。然而，涂層材料制作步驟復(fù)雜，制備過程中使用的二氯甲烷等化學(xué)試劑對環(huán)境和人體有一定的危害。由粘蛋白糖蛋白制備的抗菌超滑涂層可以通過增強醫(yī)械的摩擦學(xué)性能和抗生物污染性能來改善其 表面性能。然而，目前獲得高功能粘蛋白糖蛋白仍然 是一個耗時的過程，這就導(dǎo)致粘蛋白的價格相當(dāng)昂貴。對于短期插管和內(nèi)窺鏡使用時的潤滑，可用透明質(zhì)酸、聚乙二醇和葡聚糖等成熟大分子來代替 。

2.4 骨科植入物

抗菌超滑骨科植入物是近年來醫(yī)療科技領(lǐng)域的 一項重要創(chuàng)新，旨在解決骨科植入物在植入后可能面臨的細菌污染和感染問題，同時可提高植入物的生物相容性和滑動性能。3D打印形成的氮化AMTi6Al4V 合金由于相對光滑和均勻的氮化物層而具有相對較低的摩擦系數(shù)，且對金黃色葡球菌有高達30%的抑菌作用。而通過等離子體電解氧化（PEO）在鈦上沉積富含 Ca、P 和 Ag 的 TiO2涂層，隨著鍍層中銀含量的增加，涂層后鈦表面摩擦系數(shù)會有所降低。此外，摻銀涂層可以通過釋放 Ag+ 來抑制金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的生長。但是， 此項研究停留在實驗室研究初級階段，如果想要在骨科植入物領(lǐng)域推廣應(yīng)用，PEO 處理的鈦表面上的骨形成的研究，鍍層后材質(zhì)的摩擦腐蝕研究是必要的。 

基于關(guān)節(jié)軟骨結(jié)構(gòu)和動態(tài)滴液潤滑機制的啟發(fā)，HaW等開發(fā)了一種由紋理化Y2O3穩(wěn)定的ZrO2（YSZ）陶瓷儲層和銀納米粒子（AgNPs）雜化超分子水凝膠 組成的新型復(fù)合涂層。經(jīng)由聚乙二醇（PEG）修飾的AgNPs和 a-環(huán)糊精（a-CD）的前體溶液可以通過真空滲透法深入（50~60 mm）紋理化YSZ陶瓷基材的孔中，通 a-CD 和分布在 AgNPs表面的 PEG鏈之間的主客體包合，在孔內(nèi)原位形成超分子水凝膠。AgNPs 雜化水凝膠有著顯著的抗菌性能。而紋理化的YSZ陶瓷不僅提供了一個堅硬的支撐骨架和穩(wěn)定的儲層，還保留了滲透水凝膠的刺激響應(yīng)凝膠-溶膠轉(zhuǎn)變特性 和藥物釋放能力，使復(fù)合涂層具有優(yōu)異的抗菌性能、 自潤滑和耐磨性能。Chen Z等受貽貝的啟發(fā)，使用PDA 作為粘合劑，并使用二硫化鉬-殼聚糖-聚（N-異丙基丙烯酰胺）（MCN）復(fù)合納米片（NS）制備了一種潤滑涂層。 在有效提高 TiAlV 表面潤滑性能的基礎(chǔ)上，該PDAMCN 涂層通過使用近紅外（NIR）光調(diào)節(jié)潤滑涂層的水化程度，可以實現(xiàn)摩擦性能的調(diào)節(jié)。二硫化鉬作為一種具有高摩擦學(xué)特性的二元材料，其光熱轉(zhuǎn)換能力在殺菌方面也有著很好的前景。目前，PDA-MCN 涂 層的制備和應(yīng)用僅處于實驗階段，更多的實際應(yīng)用場景仍在探索中。

3.展望

抗菌超滑涂層在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景和深遠的意義。但是，現(xiàn)階段大部分涂層制作工藝繁瑣，生產(chǎn)轉(zhuǎn)化困難。抗菌超滑涂層可能使用重金屬離子（如銅、鉛、鋅）等具有抗菌活性的物質(zhì)，這些物質(zhì)可能對人體和環(huán)境帶來一定的危害?？咕繉釉谑褂眠^程中，可能會受到環(huán)境、摩擦、化學(xué)腐蝕等多種因素的影響，從而導(dǎo)致涂層的穩(wěn)定性和持久性下降，無法在復(fù)雜多變的生物醫(yī)學(xué)環(huán)境中保持長期有效的抗菌性能。這些問題都限制了抗菌超滑涂層的廣泛應(yīng)用，因此，需要針對以下幾個方面進行深入研究。

（1）簡化抗菌超滑涂層的制作工藝，減少有害化學(xué)試劑的使用，簡化工藝步驟，向著一步法或者兩步法涂層的方向發(fā)展；（2）通過聚合反應(yīng)、接枝反應(yīng)和交聯(lián)反應(yīng)等在基材表面形成化學(xué)鍵或交聯(lián)結(jié)構(gòu)，將抗菌劑和超滑材料固定在基材上，提高涂層的穩(wěn)定性和耐久度；（3）抗菌超滑涂層的設(shè)計應(yīng)考慮材料工藝的生物相容性，建立生物相容性好，環(huán)境友好型涂層，并通過一定的技術(shù)手段（如細胞試驗、動物實驗等）對其進行確認。