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协同模拟贻贝蛋白黏附与血液蛋白吸附制备通用型单分子聚合物涂层
聚合物薄膜涂层对材料表面改性具有重要意义，能够在保持材料本征性质的同时赋予材料全新界面特性。特别对于生物医用材料、生物抗污及生物活性功能性的聚合物薄膜涂层能够改善血液蛋白在材料表面的非特异性吸附，并赋予材料对特定生物分子的特异性吸附能力，以提高材料生物相容性。
自仿贻贝黏附蛋白的聚多巴胺被发现以来，材料表面改性技术被推向新高度。聚多巴胺具有通用性材料表面改性特性，能够涂附在几乎所有种类材料表面，如今已经成为表面改性技术的标杆。然而，由多巴胺低聚物通过非共价键堆积起来的聚多巴胺涂层只与无机氧化物表面具有较强的配位键或氢键作用，在其他表面特别是非极性表面只有弱非共价键作用，在剪切外力下，如超声环境中，涂层极不稳定。此外，无规堆积的聚多巴胺涂层表面粗糙度大、涂层为棕黑色等影响限制了应用领域。
柏林自由大学（Freie Universität Berlin）的研究团队通过协同模拟贻贝蛋白黏附与血液蛋白吸附，并利用“锚定－交联”技术制备出在超声环境和表面活性剂环境中高度稳定的聚合物单分子膜涂层。贻贝蛋白已经被发现可以黏附在广泛材料表面，而血液蛋白也会通过多种相互作用特别是疏水作用自发吸附在几乎所有固体，尤其是非极性固体表面。因此研究人员将模拟贻贝蛋白黏附的儿茶酚化学与模拟血液蛋白吸附的疏水作用整合在线性聚甘油（polyglycerol）分子中，制备儿茶酚与苯环双功能化的嵌段共聚物。此聚合物通过儿茶酚化学粘附在的极性材料表面，通过苯环的疏水作用粘附在非极性表面。此外两者具有相互增强效应。因此能在多种宏观与纳米材料表面自发形成均匀的单分子涂覆膜（“锚定”作用）。更重要的是，通过进一步氧化，已成型单分子膜中儿茶酚基团可以交联所有吸附在表面的嵌段共聚物分子，让单一的弱疏水作用集合为多价键作用，起到“一根筷子易折断,十根筷子折不弯”的效果，得到高度稳定的多功能涂层（“交联”作用）。与无规堆积的多巴胺基涂层以及等离子体聚合、层层自组装、旋涂、化学气相沉积等通用型涂层技术相比，该研究首次实现了制备具有超薄、高度有序、无色等特点的单分子通用型涂层。
图1、线性聚甘油嵌段共聚物分子结构及其与固体表面作用机理。
图2、石英晶体微天平（QCM）等技术充分证明与揭示单分子膜的形成过程。
由于聚甘油分子的生物惰性，涂层具有优异的抗血液蛋白吸附与抗细胞粘附能力，而该分子的化学活性让涂层具备进一步化学修饰能力。通过接枝RGD短肽，涂层在具备生物惰性的同时，能够特异性诱导细胞粘附行为。
图3、聚甘油嵌段共聚物单分子涂层具备优异的抗生物污染能力，其二次修饰以后，可以具备生物特异性粘附能力
在成功制备通用型单分子膜的同时，研究人员通过比较所有已报道的通用型材料表面改性技术提出了制备通用型聚合物膜的基本规律：
1、涂层分子与不同类型基底材料之间需要有相互作用（锚定）；
2、由于不可能在所有类型材料表面获得相同的强相互作用，因此涂层需具备较强的内部相互作用以稳定涂层（交联）；
3、涂层需要具备一定功能性，或者具备进一步修饰的化学活性。
制备通用型聚合物涂层的基本规律总结在《Materials Horizons》的review文章中（Mater. Horiz., 2015, 2, 567-577）。协同模拟贻贝蛋白黏附与血液蛋白吸附的通用型单分子聚合物涂层发表在《ACS Applied Materials & Interfaces》上。
该论文作者为：Leixiao Yu, Chong Cheng, Qidi Ran, Christoph Schlaich, Paul-Ludwig Michael Noeske, Wenzhong Li, Qiang Wei, Rainer Haag
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：
Bioinspired Universal Monolayer Coatings by Combining Concepts from Blood Protein Adsorption and Mussel Adhesion
ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, DOI: 10.1021/acsami.6b15834.