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基于抗菌肽的智能型抗菌涂层研究进展

孙振龙 ,  闫顺杰 ,  周容涛 ,  张桢焱 ,  欧阳兆飞 ,  朱雪真 ,  殷敬华

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引用本文: 孙振龙, 闫顺杰, 周容涛, 张桢焱, 欧阳兆飞, 朱雪真, 殷敬华. 基于抗菌肽的智能型抗菌涂层研究进展[J]. 应用化学, 2020, 37(8): 865-876. doi: 10.11944/j.issn.1000-0518.2020.08.200145 shu
Citation:  SUN Zhenlong, YAN Shunjie, ZHOU Rongtao, ZHANG Zhenyan, OUYANG Zhaofei, ZHU Xuezhen, YIN Jinghua. Recent Progress in the Development of Smart Coatings Based on Antimicrobial Peptides[J]. Chinese Journal of Applied Chemistry, 2020, 37(8): 865-876. doi: 10.11944/j.issn.1000-0518.2020.08.200145 shu

基于抗菌肽的智能型抗菌涂层研究进展

  • 威高集团有限公司医用植入器械国家工程实验室, 山东省医用植入器械技术重点实验室 山东 威海 264210

    • 通讯作者: 闫顺杰, 研发工程师; Tel/Fax:0631-5717897;E-mail:sjyan@weigaogroup.com; 研究方向:生物医用材料表面功能化
  • 基金项目:

    国家重点研发计划项目（2017YFC1104800）、国家新材料生产应用示范平台建设项目（TC190H3ZV）、中国博士后科学基金资助项目（2017M621225）、山东省博士后创新项目（鲁人社字[2019]173号）、威海市博士后项目（威人设字[2018]45号）、中科院-威高集团高技术研究发展计划（2017-2020）项目赞助

摘要: 抗菌肽作为一种高效、广谱、不致细菌耐药性的抗菌物质受到科研人员的广泛关注。在生物材料表面制备抗菌肽基涂层是减少器械相关细菌感染的有效途径。然而传统抗菌肽释放型涂层受限于抗菌肽存储量，抗菌时效短；抗菌肽直接固定涂层易遭受死细菌对杀菌性能的掩蔽。另外，生物材料使用场景的多变性和复杂性，强烈要求材料的正常服役和抗感染性能具有高度可调控性。将刺激响应聚合物与现有的抗菌策略相结合，并通过精巧的设计来构建智能型抗肽涂层平台，对于获取优异的抗菌特性和丰富体系的使用场景具有重要意义。本文综述了智能型抗菌肽涂层的研究进展，阐述了构建释放型和非释放型涂层的主要策略，分析了刺激响应聚合物在抗菌体系中的作用及角色，探讨了智能抗菌肽涂层在正常服役和感染应对阶段的功能转换设计，并对智能型抗菌肽涂层的未来发展做出展望。

English

  • 细菌在材料表面粘附、增殖乃至形成生物膜是造成医疗器械相关感染的主要原因。采用抗生素这类抗菌剂构建抗菌表面是应对医疗器械类感染的一种常用手段[1-2]。抗生素类抗菌剂尽管取得很好的抗菌效果, 但容易导致细菌耐药性的产生, 在超级细菌、多重耐药菌肆虐的今天, 其使用安全性广受质疑。近年来, 基于阳离子聚合物、抗菌肽及模拟物、活性氧等杀菌剂发展的抗菌策略, 由于不会造成细菌耐药的产生, 受到了广泛关注[3]。

    抗菌肽(Antimicrobial Peptides, AMP)广泛地存在于动物、植物和微生物中, 是生物防御系统中产生的具有抗菌活性的一类活性多肽[4]。抗菌肽结构复杂多样, 但具有某些共性特征:一般由15~45个氨基酸残基组成, 相对分子质量较小, 含有大量的赖氨酸和精氨酸残基, 整体呈正电性, 同时有约50%疏水性氨基酸残基[5]。研究发现, 抗菌肽能够杀灭包括革兰阴性菌、革兰阳性菌、病毒、原生动物和真菌等致病性微生物, 同时可调节免疫反应[6]。

    根据多肽二级结构差异, 抗菌肽大致分为α-螺旋型抗菌肽、β-折叠抗菌肽和环型抗菌肽。抗菌肽的构象与结构、尺寸、氨基酸序列长度、电荷、两亲性和疏水性等, 对其抗菌性能有较大影响[7-8]。对于抗菌肽的杀菌机理, 目前已建立桶板模型、毯式模型和环孔模型等理论进行解释(图 1)[9]。桶板模型:α-螺旋型抗菌肽多采用该模型机制, 多个抗菌肽与细菌细胞膜结合形成多聚体, 以垂直膜表面的方式插入细胞膜并形成跨膜离子通道, 从而使泄漏细胞内容物的细菌死亡。毯式模型:该模型适用于β-折叠抗菌肽, 抗菌肽在平行方向与细菌细胞膜结合, 细胞膜在抗菌肽的疏水作用和张力作用下发生弯曲破裂。环形孔模型:多见于两亲性抗菌肽, 抗菌肽分子与细菌细胞膜的磷脂分子相互作用, 共同形成的通道。抗菌肽采用扰乱细菌细胞壁的杀菌机制, 这使细菌很难进化出相应的耐药性, 从而避免了超级细菌、多重耐药菌的产生[9]。

    图 1

    图 1.  抗菌肽扰乱细菌细胞膜机理模型[9]
    Figure 1.  Proposed membrane disruption mechanisms of AMP[9]
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    1.   智能型抗菌肽涂层

    基于抗菌肽这一新型抗菌剂, 通过物理吸附[10-12]、层层自组装[13-15]和化学固定[16-17]等方式制备的抗菌涂层, 可以取得快速、高效、广谱的杀菌效果, 有效减少生物材料相关细菌感染的发生。传统的抗菌肽释放型涂层, 所释放的抗菌肽在有效地杀伤细菌的同时, 对周围正常细胞或组织也存在一定的生物毒性。尤其是某些抗菌肽具有强烈的非选择性细胞毒性, 在与哺乳动物细胞接触时, 抗菌肽吸附在正常细胞的细胞膜上, 扰乱细胞膜磷脂双分子层, 造成细胞内容物泄露死亡, 或引起血细胞破裂发生溶血[18]。将抗菌肽化学固定在材料表面, 尽管具有高效的杀菌效果, 但死细菌易积累在材料表面, 掩蔽抗菌肽, 造成抗菌性能下降, 而堆积的死细菌可能会形成“条件层”, 诱导后续细菌的粘附滋生, 从而引发新一波的感染[19]。

    另外, 生物材料使用场景的多变性和复杂性, 强烈要求材料在正常服役和应对感染时具有高度可调控甚至自适应等特性, 这对材料的功能拓展提出了更高要求[20]。将刺激响应聚合物与现有的抗菌策略相结合, 并通过精巧的设计来构建智能型抗细菌感染平台, 对于获取优异的抗菌特性和丰富抗菌体系的使用场景具有重要意义。近年来, 研究人员不断发展可控释放[21]、抗杀结合[22-23]和智能响应[24-25]等多种抗菌策略, 并进行了系统而深入的综述报道, 然而针对抗菌肽基智能型抗菌涂层这一体系进行专题报道的还比较少。

    按照刺激来源分类, 智能型响应抗菌表面一般为内源性刺激响应表面和外源性刺激响应表面[26]。所谓内源性刺激响应体系, 是指细菌在材料表面滋生时会分泌细菌酶、毒力因子, 并会造成局部环境的pH降低, 通过这类与细菌自身生理活动有关的刺激实现抗菌表面功能的激活或切换, 故又称之为细菌响应性表面。而温度、光照、溶剂等这类刺激与细菌感染活动缺乏必然的联系, 故被划分为外源性刺激。从刺激响应对象或者响应结果的角度, 释放型智能抗菌肽涂层可以分为直接和间接激活两种途径。直接激活释放途径是通过可刺激响应聚合物负载抗菌剂, 并在刺激的作用下实现抗菌剂释放。间接激活途径, 形象地称为守门型(Gatekeeping), 即在初始条件下杀菌剂或杀菌层被外层所掩盖和隐藏, 而在刺激的作用下外层“守门”的功能被解除, 从而将杀菌剂释放或者暴露。

    2.   可释放型智能抗菌肽涂层

    2.1   pH响应抗菌肽涂层

    2.1.1   直接激活释放

    pH响应型聚合物的类型包括可质子化聚合物和酸不稳定性聚合物, 其中弱酸性聚合物, 如聚丙烯酸(PAA)、聚甲基丙烯酸(PMAA), 在细菌酸化响应性抗菌体系中有着广泛的应用[27-28]。在中性条件下, 弱酸性聚合物刷可以通过静电吸引等作用负载抗菌剂。当细菌粘附在材料表面后, 其生理代谢过程中会产生乳酸、乙酸等酸性物质, 从而造成材料表面局部微环境pH的下降, 从而促使抗菌剂释放杀菌。

    Traba等[29]采用氩气等离子体引发表面自由基接枝聚合的方法, 在聚对苯二甲酸乙二醇酯膜表面有效地接枝了PAA高分子刷, 并通过静电作用实现了阳离子性裂解肽在PAA高分子刷上的物理吸附, 构建了细菌响应表面(图 2)。研究表明, 所构建表面在生理条件下具有良好的稳定性, 对高盐溶液(0.5 mol/L NaCl)和富含生物分子(1.0%DNA、2.0%海藻酸)的溶液不敏感, 同时对多种组织细胞具有生物相容性。该pH响应型表面可以感应细菌的粘附并高效、精准地杀伤粘附细菌。这是因为粘附在材料表面的细菌, 会造成材料表面局部微环境酸化, 引起抗菌肽的释放, 杀死表面粘附细菌。另外, 该抗菌涂层可以在一周时间内有效抑制导管表面的生物膜形成。

    图 2

    图 2.  (A) 等离子体调控表面接枝聚合反应, (B)阳离子性裂解肽在材料表面的负载, (C)细菌响应表面的杀菌机制示意图[29]
    Figure 2.  (A) Chemistry of plasma-mediated surface graft polymerization. (B) A schematic illustration of lytic peptide immobilization on material surfaces. (C) Illustration of the proposed acting mechanism of bacteria responsive antibacterial surfaces[29]
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    相对于二维结构高分子刷体系, 具有三维结构的水凝胶表面具有更高的抗菌肽负载量、药物保留率以及释放机制的可调控性, 对未来开发具有定制载药量和释放特性的抗菌涂层具有重要意义。Sukhishvili等[30]先通过氢键作用构建了PMAA和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的层层自组装涂层, 然后以乙二胺和己二酸二酰肼做交联剂, 随后去除PVP, 获得了内部交联的水凝胶。该结构下的水凝胶涂层, 可以在静电作用下实现对不同抗菌剂的高效负载, 同时可以通过选择交联剂来进一步调整抗菌药物的释放。研究表明, 乙二胺和己二酸二酰肼这两种交联剂下的水凝胶基质, 在负载抗菌肽L5后具有灵敏的pH响应性, 所释放抗菌肽能够有效杀灭表皮葡萄球菌, 而采用乙二胺短链交联剂的水凝胶基质可以对培养基中细菌进行响应, 有效杀死溶液中的细菌。

    含有β-羧酸的酰胺物质具有pH响应性水解的特征, 在中性pH下可保持结构稳定, 但酸性条件下容易发生水解[31]。将β-羧酸酰胺的酸解特征与细菌酸化进行匹配, 可以用于细菌感染智能响应抗菌涂层的设计。Zhang等[32]采用表面光引发自由基聚合接枝方法构建了PMAA高分子刷改性表面, 随后引入乙二胺、2, 3-二甲基马来酸酐(DMA), 获得具有电荷反转特性的高分子刷。该高分子刷中β-羧酸侧链使表面在中性条件下呈现电负性, 可通过静电作用实现阳离子抗菌肽蜂毒肽的有效负载。而在酸性条件下β-羧酸酰胺发生水解形成伯胺基团, 使表面呈现正电性, 此时所负载的阳离子抗菌肽蜂毒肽在静电排斥作用下迅速脱离表面(图 4)。相对于传统的依托电荷中和机制进行抗菌剂释放的体系, 基于电荷反转机制的抗菌表面对细菌感染智能性响应的敏感性更高。

    图 3

    图 3.  pH激发抗菌剂释放型交联水凝胶的制备过程[30]
    Figure 3.  Procedures for preparation of crosslinked hydrogel with pH-triggered release of antibacterial agents[30]
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    图 4

    图 4.  具有电荷反转机制的细菌响应型抗菌表面示意图[32]
    Figure 4.  Schematic diagram of the bacteria-responsive antibacterial surface with charge conversion mechanism[32]
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    2.1.2   间接激活释放

    间接激活释放途径, 又称为守门型(Gatekeeping), 是指杀菌肽在初始条件下被响应性外层聚合物所掩盖和隐藏, 而在刺激的作用下外层“守门”的功能被解除, 将杀菌剂释放。其典型案例是利用高分子刷对纳米孔功能化, 实现人工纳米通道对抗菌剂的智能调控。前期研究表明, 具有二级直径的二氧化钛纳米管可以通过对外管直径的有效选择, 来调控抗菌剂的释放曲线, 纳米管外管的直径越小, 其持续效能越高[33]。

    华南理工大学王迎军院士课题组[34]将抗菌肽HHC36封装在二氧化钛纳米管中, 并利用PMAA作为“把门”高分子以实现对负载抗菌肽的释放调整。在生理条件下(pH=7.4), PMAA高分子链舒展以阻挡纳米管通道, 减少抗菌剂的非特异性释放。在细菌感染酸化条件下(pH≤6.0), PMAA高分子链收缩, 使纳米管通道开放, 迅速释放足量的抗菌肽去杀死感染细菌。相比于非改性和物理吸附把门高分子的纳米管, 采用化学固定分子刷的体系具有更好的按需杀菌特性(图 6)。体内实验表明, 该体系具有良好的抗菌活性, 并在植入后的急性感染期具有良好的生物相容性。该体系具有载药的广谱性, 除了用于抗菌肽, 还可实现对其他生物分子传递。

    图 5

    图 5.  二级直径纳米管增强抗菌肽的持续释放[33]
    Figure 5.  Enhancement in sustained release of AMP from dual-diameter-structured nanotubes[33]
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    图 6

    图 6.  抗菌肽在细菌响应性聚合物把门纳米管中的按需储存和释放[34]
    Figure 6.  On-demand storage and release of AMP using nanotubes gated with a bacterial infection-responsive polymer[34]
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    2.2   酶响应抗菌肽涂层

    细菌在新陈代谢中, 会产生脂肪酶、磷酸酶、透明质酸酶、明胶酶、凝固酶等酶, 因此细菌酶也可以用于细菌响应性抗菌表面的设计[20, 35]。最简单的一个途径就是用酶分解性聚合物负载抗菌剂, 并在细菌酶的作用下实现抗菌剂在细菌入侵位置的响应性释放。相对于酸性pH响应表面容易受外界干扰的情形, 酶响应具有灵敏度高、专一性强等优点。Cado等[36]将抗菌肽Cateslytin化学固定在透明质酸分子上, 随后利用修饰后的透明质酸和壳聚糖通过层层自组装的方式构建了同时具有细菌酶响应自防御机制的抗菌涂层。病原菌分泌的透明质酸酶可以造成涂层中透明质酸分子降解, 从而释放出抗菌肽分子, 激活抗菌涂层的杀菌功能(图 7)。

    图 7

    图 7.  抗菌肽修饰透明质酸与壳聚糖层层自组装构建自防御涂层示意图[36]
    Figure 7.  Schematic representation of self-defensive coating based on chitosan and AMP-functionalized hyaluronic acid[36]
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    3.   非释放型智能抗菌肽涂层

    释放型智能抗菌涂层虽然具有抗菌剂按需释放的特点, 但存在抗菌剂储量下降甚至耗尽的局限, 因而往往需要补充抗菌剂才能实现长效抗菌。区别于抗菌肽释放体系, 非释放型智能抗菌肽涂层无抗菌剂释放消耗的忧虑, 且抗菌剂安全毒理性明确[37]。表面固定抗菌肽通过干扰细菌细胞壁实现杀菌, 但在作用机制上与游离型抗菌肽稍有差异:游离型抗菌肽同时扰乱细菌细胞膜外膜和内膜, 但随着时间的延长, 不断被消耗; 表面固定抗菌肽优先扰乱外膜, 但是由于表面固定抗菌肽稳定存在、不流失, 反而表现出对内膜的高效透化作用(图 8)[38]。

    图 8

    图 8.  游离型和固定型抗菌肽对细菌细胞膜作用机制示意图[38]
    Figure 8.  Schematic diagram of mechanism of soluble and immobilized AMP against bacterial membrane[38]
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    非释放型智能抗菌肽涂层中, 抗菌肽和刺激响应聚合物的组合方式多样, 刺激响应聚合物可以作为独立单元使用, 也可以用作抗菌肽的链接基团[39-41]。除了展现自身的响应性、抗粘附等功能外, 刺激响应聚合物作为固定抗菌剂的链接基团还可以维持抗菌肽的活性, 并有助于增加抗菌肽与细菌的接触机会[42-45]。

    3.1   温度驱动抗菌肽涂层

    考虑到体外和体内之间温度的差异, 温敏性聚合物可用于使用发生温度变化的材料设计中。目前, 报道较多的温度敏感性聚合物, 如聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)[46-47]、聚氧乙烯(PEO)类共聚物[48-50], 一般具有低临界溶液温度(LCST)。在温度高于其LCST时, 该类聚合物具有良好的亲水性, 分子链舒展; 当温度降低到LCST以下时, 聚合物与水分子间的氢键被破坏, 聚合物由亲水变为疏水, 分子链收缩。利用上述变化, Yu等[51]通过在表面纳米图案接枝PNIPAM刷和季铵盐杀菌剂, 实现了表面功能从37 ℃杀菌到25 ℃释放死细菌的转化。

    在临床应用中, 材料在室温条件具有杀菌表面可减少细菌对材料的污染, 而基于生物相容性考虑的抗粘附性机理表面在生理环境下更适用[52]。为此, Laloyaux等[53]将含有c-端半胱氨酸残基的爪蟾抗菌肽固定在温敏性PEO共聚物的末端, 并通过温敏性聚合物与抗菌剂联动, 首次实现了材料表面功能由低温(26 ℃)杀菌到体温(37 ℃)释放死细菌或抗细菌粘附的转换。当室温时, 温敏性聚合物分子链舒展, 方便抗菌肽与细菌接触, 从而杀死粘附的细菌。在高温条件下, 坍塌温敏性聚合物分子链将抗菌剂包裹, 掩藏杀菌功能, 而此时具有良好的亲水性PEO侧链使表面呈现非粘附性和生物惰性的特点(图 9)。

    图 9

    图 9.  杀菌、抗污转化型温度响应性聚合物刷示意图[53]
    Figure 9.  Schematic diagram of the temperature-responsive polymer brushes switching from bactericidal to repellent[53]
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    王迎军院士课题组[54]通过原子转移自由基聚合在肽基底材料表面构建了PNIPAM高分子刷, 并通过点击化学反应实现了抗菌肽在PNIPAM高分子链末端的偶联。由于PNIPAM的温敏特性, 抗菌肽在室温下比在体温下更容易暴露在外部环境中, 这使得表面在室温下表现出更高的抗菌活性。与未修饰或仅用抗菌肽、PNIPAM修饰的样品相比, 该体系在体温下具有更高的表面生物相容性(图 10)。体内研究证实, PNIPAM-抗菌肽同步修饰的骨植入物, 在植入前受到细菌污染, 也会表现出更高的生物相容性。由此可见, 在室温环境下增强抗菌肽的外露, 将有助于减少器械存储、植入手术前的细菌感染的风险, 而器械植入人体在体温条件下减少抗菌肽的暴露, 将有助于提高材料的生物相容性。

    图 10

    图 10.  温度调控抗菌肽暴露、隐藏实现材料表面的室温杀菌和体温生物相容[54]
    Figure 10.  Schematic Diagram of the smart surface through temperature-controlled reversible exposure and hiding of AMP for killing bacteria at room temperature and improving biocompatibility in vivo[54]
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    3.2   pH驱动抗菌肽涂层

    注意到细菌在材料表面先粘附、后滋生造成微环境酸化的感染发展历程, 中国科学院长春应用化学研究所栾世方研究员课题组[55]基于层状结构学术思想, 构建了从抗粘附到非释放响应型杀菌的智能转化表面。在该层状结构中, 聚甲基丙烯酸(PMAA)作为表面的外层, 含抗菌肽单元的杀菌层置于表面的内层。生理条件下, pH响应性高分子刷PMAA形成水化层, 赋予表面抗细菌粘附的特性。此时, 具有生物毒性的杀菌下层被水化外层掩盖, 材料表现出优异的血液相容性和细胞相容性。当细菌在表面滋生时, 其代谢产生的酸性产物(如乳酸、乙酸等)会造成材料表面的局部酸化。微环境中pH下降使层状表面的外层高分子刷坍塌, 从而暴露底层抗菌肽以杀死细菌(图 11)。由于抗菌肽分子是以化学键的形式固定在表面的下层, 所以该体系不会存在抗菌剂释放和耗尽的情况, 同时, 也避免了游离抗菌肽分子对周围正常细胞或组织造成的生物毒性。另外, 由于外层高分子刷构象变化的可逆性, 死细菌更容易被释放, 从而使抗菌表面恢复到干净的状态。由于该表面仅在细菌感染发生时、且在感染的局部位置表现出杀伤细菌功能, 而对血小板等不引发局部酸化的细胞和组织无毒副作用。该表面利用pH响应性外层对抗菌肽内层的可逆性暴露与掩盖机制, 巧妙实现了非释放型杀菌及死细菌清除的往复循环, 为生物毒性大的抗菌肽的临床使用提供了新思路。

    图 11

    图 11.  具有层状结构的非释放型细菌响应抗菌表面示意图[55]
    Figure 11.  Schematic Diagram of the nonleaching bacteria-responsive antibacterial surface based on a unique hierarchical architecture[55]
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    层状结构表面需要精心地控制上下层聚合物刷的厚度和密度, 才能获得优异的抗菌效果。为此, 栾世方研究员课题组[56]将固定在材料表面的蜂毒肽进行化学修饰, 构建具有抗粘附-智能杀菌转化功能的单层结构表面。蜂毒肽分子在表面固定后仍存在残余的伯胺基和胍基, 该体系用2, 3-二甲基马来酸酐(DMA)作电荷反转剂, 将伯胺转化为β-酰胺羧酸, 从而使抗菌肽从阳离子状态转变为两性离子状态(图 12)。该抗菌表面在正常生理环境中具有生物相容性, 并有效降低细菌的粘附。当细菌在表面粘附滋生时, 其微环境酸化造成β-酰胺羧酸的水解, 使抗菌肽回复到原先的阳离子杀菌状态。与先前通过聚合物构象变化实现功能切换不同, 该表面利用掩蔽基团的化学变化来实现功能切换, 对外界刺激的响应更灵敏、更彻底。

    图 12

    图 12.  基于细菌可激活型抗菌肽实现材料表面的自防御抗菌[56]
    Figure 12.  Schematic diagram of the self-defensive antibacterial surface based on bacteria-activatable MLT[56]
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    4.   结论与展望

    本文综述了智能型抗菌肽涂层的研究进展, 从刺激来源和响应效果两个方面对现有体系进行了分析, 介绍了刺激响应聚合物在抗菌体系中的作用及角色, 并重点探讨了智能抗菌肽涂层在正常服役和感染应对的功能转换设计。为了快速推进智能型抗菌涂层的构建与应用, 未来可在抗菌肽及其类似物制备、涂层结构设计与构建、功能与应用拓展等方面开展研究工作:1)天然抗菌肽全部提取分离难度大、产率低、成本高, 近年来发展的氨基酸缩合反应将有助于抗菌肽的规模化合成[57]。另外, 模拟天然抗菌肽的关键结构特性来制备聚阳离子型聚合物[58], 也是获得性能优异抗菌的一种有效方式。2)对于抗菌肽负载基质, 实现二维结构到三维结构拓展, 加强交联、支化、瓶状刷和水凝胶等特色结构载体研究。同时, 依托刺激响应性物质的物理、化学变化, 在创新型工作机制指导下设计开发新一代的抗菌肽涂层。3)协同生物相容与抗污、杀菌、检测、细胞整合等多领域中的不同需求, 同时进行多种内外源刺激响应(pH、酶、温度、光照等)在同一体系的整合、配合乃至切换, 实现抗菌平台功能与应用的拓展。


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  • 图 1  抗菌肽扰乱细菌细胞膜机理模型[9]

    Figure 1  Proposed membrane disruption mechanisms of AMP[9]

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    图 2  (A) 等离子体调控表面接枝聚合反应, (B)阳离子性裂解肽在材料表面的负载, (C)细菌响应表面的杀菌机制示意图[29]

    Figure 2  (A) Chemistry of plasma-mediated surface graft polymerization. (B) A schematic illustration of lytic peptide immobilization on material surfaces. (C) Illustration of the proposed acting mechanism of bacteria responsive antibacterial surfaces[29]

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    图 3  pH激发抗菌剂释放型交联水凝胶的制备过程[30]

    Figure 3  Procedures for preparation of crosslinked hydrogel with pH-triggered release of antibacterial agents[30]

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    图 4  具有电荷反转机制的细菌响应型抗菌表面示意图[32]

    Figure 4  Schematic diagram of the bacteria-responsive antibacterial surface with charge conversion mechanism[32]

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    图 5  二级直径纳米管增强抗菌肽的持续释放[33]

    Figure 5  Enhancement in sustained release of AMP from dual-diameter-structured nanotubes[33]

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    图 6  抗菌肽在细菌响应性聚合物把门纳米管中的按需储存和释放[34]

    Figure 6  On-demand storage and release of AMP using nanotubes gated with a bacterial infection-responsive polymer[34]

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    图 7  抗菌肽修饰透明质酸与壳聚糖层层自组装构建自防御涂层示意图[36]

    Figure 7  Schematic representation of self-defensive coating based on chitosan and AMP-functionalized hyaluronic acid[36]

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    图 8  游离型和固定型抗菌肽对细菌细胞膜作用机制示意图[38]

    Figure 8  Schematic diagram of mechanism of soluble and immobilized AMP against bacterial membrane[38]

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    图 9  杀菌、抗污转化型温度响应性聚合物刷示意图[53]

    Figure 9  Schematic diagram of the temperature-responsive polymer brushes switching from bactericidal to repellent[53]

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    图 10  温度调控抗菌肽暴露、隐藏实现材料表面的室温杀菌和体温生物相容[54]

    Figure 10  Schematic Diagram of the smart surface through temperature-controlled reversible exposure and hiding of AMP for killing bacteria at room temperature and improving biocompatibility in vivo[54]

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    图 11  具有层状结构的非释放型细菌响应抗菌表面示意图[55]

    Figure 11  Schematic Diagram of the nonleaching bacteria-responsive antibacterial surface based on a unique hierarchical architecture[55]

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    图 12  基于细菌可激活型抗菌肽实现材料表面的自防御抗菌[56]

    Figure 12  Schematic diagram of the self-defensive antibacterial surface based on bacteria-activatable MLT[56]

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  • 发布日期:  2020-08-01
  • 收稿日期:  2020-05-15
  • 接受日期:  2020-06-08
  • 修回日期:  2020-06-03
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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