细菌污染在生物医学领域中是一个非常严重的问题,例如,在患者体内植入种植体时,受污染的种植体能够将细菌带入人体内部,从而引起植入部位感染,因此通常需要抗生素治疗;严重的细菌感染会引起种植体故障,需要手术移除种植体并重新植入,更为严重的情况甚至可以导致患者死亡。种植体引起的感染不仅延长患者住院时间,增加经济负担,还给患者的身心带来了巨大的痛苦。商用钛及其合金具有优异的力学、耐腐蚀性能以及生物相容性,常被应用于制备永久性种植体。然而,钛基种植体表面无抗菌活性,可能会引起细菌污染及其随后的植入感染。因此,通过引入适当的表面涂层以抑制细菌等污浊物质在其表面附着、繁殖具有重要的科学意义,能够为钛基种植体存在的植入感染问题提供潜在的解决方案。本论文围绕钛基材料表面改性,利用海洋贻贝粘附蛋白和茶渍激发的仿生技术在医用钛片表面引入功能化涂层。首先,本论文采用一种简单的方法合成了水溶性含儿茶酚基团的壳聚糖衍生物(CACS),通过儿茶酚表面附着以及CACS自聚合的方式对钛片进行表面改性,表面残留的儿茶酚基团能够原位还原银离子,进而在钛片表面引入具有较强抗菌活性的银纳米颗粒(Ag NPs),探究其抗菌抗污性能;其次,通过一系列化学反应合成了氨基修饰的单宁酸(TAA),TAA在温和的碱性条件下发生自聚合,并可以在各种基材表面产生均匀无色的涂层,通过无电金属化原位还原形成Ag NPs、NHS偶联反应接枝甲氧基聚乙二醇(mPEG)刷和固定生物素探针,进行二次表面功能化,达到抗菌、抗污以及特异性识别的目的。本论文的主要研究内容包括:1.基于儿茶酚修饰的壳聚糖构建含纳米银和壳聚糖的双重抗菌表面:受海洋贻贝粘附蛋白超强粘附性能的启发,首先通过简单的酯化反应合成了水溶性CACS,通过CACS自聚合以及儿茶酚基团的表面附着能够将其锚定在钛片表面;钛片表面剩余的儿茶酚基团能够原位还原银离子,得到了CACS和Ag NPs共修饰的钛片表面;通过核磁共振氢谱(1H NMR)、X射线光电子能谱(XPS)、能谱仪(EDS)对其化学元素进行表征;采用抑菌圈法、稀释平板计数法、活/死染色实验等方法评价修饰后钛片表面抑制细菌附着和细菌生物膜形成能力;通过MTT方法检测修饰后钛片表面对L929小鼠成纤维细胞的细胞毒性。结果表明:在弱碱性环境中,CACS可以有效修饰在钛片表面,得到的Ag NPs/CACS修饰的钛片表面具有良好的抗菌性能,可以有效防止细菌在其表面形成生物被膜;此外,Ag NPs/CACS修饰的钛表面对L929小鼠成纤维细胞具有很低的细胞毒性。2.基于氨基修饰的单宁酸构建任意表面附着的多功能涂层:受茶垢在任意表面附着的启发,首先通过Williamson醚合成法及脱除Boc反应将伯胺基引入单宁酸(TA)中的酚羟基,得到含胺的TA衍生物(TAA);通过自聚合及TA的表面附着能力,TAA能够在多种材料表面形成无色、均匀的涂层;通过原子力显微镜(AFM),椭偏仪和XPS表征硅片上TAA涂层的表面粗糙度、厚度以及元素组成;通过NHS偶联反应将生物素聚乙二醇活性酯(Biotin-PEG-NHS)和琥珀酰亚胺-聚乙二醇-N-羟基琥珀酰亚胺(m PEG-NHS)进一步接枝到TAA涂层上,并利用表面等离子共振(SPR)研究了蛋白在mPEG或Biotin-PEG改性表面非特异性和特异性吸附性能;在TAA涂层上通过无电金属化原位还原引入Ag NPs,评价了其抑制细菌粘附和生物膜形成能力。结果表明:接枝在TAA涂层上的mPEG刷可以抑制牛血清白蛋白(BSA)和纤维蛋白原(FBG)的非特异性吸附,而在TAA涂层上的生物素探针可以促进亲和素的特异性结合,并抑制BSA和FBG的非特异性吸附。TAA和Ag NPs共沉积的钛片表面可以有效抑制大肠杆菌与金黄色葡萄球菌的粘附,并防止金黄色葡萄球菌生物膜的形成。