文章亮点：

基于蝌蚪状单链粒子与硅片表面的多位点非共价协同作用，通过简单的溶液浸泡方式实现了聚乙二醇刷的均匀接枝，赋予了材料表面优异的“生物防污”功能，其牛血清蛋白黏附量为4.8 ng/cm²，对金黄色葡萄球菌的抗菌率为81%。

文章背景：

聚合物Janus粒子是一类在结构和功能方面具有各向异性的非对称聚合物纳米粒子（以下简称为“Janus粒子”），已经被广泛应用于生物医药、多相催化、乳液稳定、共混增溶等重要领域，是材料科学的研究热点。在之前的工作中，复旦大学陈道勇/黄霞芸团队为了解决Janus粒子精确构筑的难题，提出了通过预组织和能量最优化引导组装结构演化等解决方案，发展了高效且精确构筑Janus粒子的普适新方法，制备了包括蝌蚪状单链粒子、两亲性单链粒子、两端塌缩单链粒子、蒲公英单链粒子、寡链Janus粒子等一系列具有精确结构的Janus粒子（图1）。在近期工作中，该团队以上述Janus粒子为接枝基元，利用其与材料表面的多位点协同作用，成功实现了Janus粒子在材料表面的非共价稳定接枝。

图1 以嵌段共聚物为前驱体制备具有精确结构的Janus粒子。

文章概述：

材料表面因遭受污损微生物（如细菌和硅藻）附着和生长而发生的“生物污损”（biofouling）会迅速降低材料的生物相容性、力学性能以及使用寿命。因此，材料表面的“生物防污”（anti-biofouling）在医疗植入器械和航海工业等领域具有重要意义。实现“生物防污”的主流策略之一是在材料表面接枝聚乙二醇（PEG）刷，但是由于PEG刷难以原位聚合，所以现有的PEG刷均采用“Grafting To”制备。共价“Grafting To”虽然具有良好的稳定性，但是接枝步骤复杂；非共价“Grafting To”虽然操作便捷，但是稳定性和抗蛋白粘附性能却有待提高。基于课题组对蝌蚪状单链粒子与材料表面多位点非共价协同作用的理解，采用“静电介导”法制备了聚乙二醇-b-聚(4-乙烯基吡啶)蝌蚪状单链粒子（TSCP-Q），并通过简单的溶液浸泡获得了均匀的PEG刷，赋予了材料表面优异的抗蛋白粘附和抗菌性能（图2）。

图2(A) TSCP-Q的化学结构；(B) TSCP-Q接枝后的硅片表面具有良好的“生物防污”功能。

利用耗散型石英晶体微天平（QCM-D）跟踪了TSCP-Q在氧化硅芯片表面的吸附动力学。基于TSCP-Q与氧化硅表面的多位点协同作用，其接枝过程体现出“快吸附-慢调整”的特性。进一步，利用QCM-D跟踪牛血清蛋白（BSA）在TSCP-Q修饰表面的吸附动力学。相较于未修饰的表面，TSCP-Q刷修饰表面的BSA吸附量显著减少，且吸附平衡时间明显缩短。这是由于均匀PEG刷的体积排斥、快速构象转变以及紧密水合层，可以有效抵抗BSA粘附（4.8 ng/cm2）（图3）。

图3 (A) TSCP-Q刷的抗蛋白粘附示意图；(B) TSCP-Q刷抗蛋白粘附的性能比较图。

利用金黄色葡萄球菌（S. aureus）对TSCP-Q接枝的硅片表面进行抗菌评价。由于TSCP-Q的“尾部”PEG能够动态穿透细胞膜，并促进细菌与TSCP-Q“头部”的高密度季铵盐接触，所以TSCP-Q修饰的硅片对S. aureus体现出良好的抗菌性（81%）（图4）。

图4(A) TSCP-Q刷的抗菌示意图；(B) TSCP-Q的抗菌性能。

该研究不仅提出了制备单链粒子刷的普适新方法，还能够同时赋予材料表面抗蛋白和抗菌的双重“生物防污”功能，为各类功能表面的构筑提供了有效途径。

上述工作即将以论文形式在《高分子学报》2024年“复旦大学高分子科学系成立30年”专辑印刷出版，论文第一作者为复旦大学博士生朱杰，通讯作者为陈道勇教授、黄霞芸副教授。

引用本文：

朱杰, 吴乃冰, 赵晓雅, 范艳斌, 黄霞芸, 陈道勇. 具有抗蛋白黏附与抗菌性能的蝌蚪状单链粒子刷的构筑.

高分子学报, doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2023.23303

Zhu, J.; Wu, N. B.; Zhao, X. Y.; Fan, Y. B.; Huang, X. Y.; Chen, D. Y. Rational design of tadpole-like single-chain particle brush with anti-protein and antibacterial performance.

 Acta Polymerica Sinica, doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2023.23303

原文链接：

http://www.gfzxb.org/thesisDetails#10.11777/j.issn1000-3304.2023.23303&lang=zh