四川大学李建树教授/丁春梅副教授《ACS AMI》：基于超分子自愈合防污涂层预防牙齿矫正过程中的相关细菌感染

牙颌畸形是三大口腔疾病之一，它不仅影响患者的面部美观，还会影响其口腔健康和功能。随着人们口腔健康意识的提高，通过不锈钢，陶瓷和隐形牙套等正畸治疗手段调整牙齿的位置和方向来改善患者牙颌骨的面部形态成为了常见的选择。然而，这些牙科材料表面容易积累细菌和食物残渣等生物污垢，如果不能及时清除这些生物污垢就会产生牙菌斑滞留点。这些牙菌斑滞留点会进导致细菌的快速滋生进而发展形成生物膜，并诱导龋齿等细菌感染性口腔疾病。传统材料在口腔复杂的生理环境（唾液稀释流动和磨损）下难以达到理想的效果，因此，开发兼具稳定功能性和美观性的新兴牙科生物材料具有很大的应用前景。

2023年8月26日，四川大学李建树教授团队在《ACS Applied Materials & Interfaces》杂志在线发表了题为“Supramolecular Self-Healing Antifouling Coating for Dental Materials”的工作。该研究受口腔黏膜自更新防污功能启发，通过简单的旋涂法在各牙科材料表面构建了一种具有优异抗菌防污自愈合性能的透明PTTU聚合物涂层。具体而言，首先基于耐盐性两性离子三甲胺N-氧化物（TMAO）、抗菌剂三氯生丙烯酸甲酯（TCSA）和四重氢键供体UPy进行自由基聚合，得到PTTU聚合物。再在各种牙科材料表面简单旋涂PTTU溶液，构建了具有抗菌防污性能的超分子自愈合涂层。调节亲水性两性离子TMAO和疏水性抗菌基元TCSA的比例，使PTTU聚合物同时具有优异的抗菌活性和表面防污性能。多重氢键和离子键的相互作用不仅增加了涂层与材料基底的结合力（三倍），也使得涂层受到外力破坏后能在口腔温度和湿度下快速修复，达到长效防污的目的，从而有效减小细菌感染的风险，预防口腔相关疾病。

李建树教授团队多年来致力于硬组织医用高分子材料的开发，通过增加高分子与硬组织表面的结合性能来提高材料在表面的滞留能力（Biomaterials, 2013, 34, 5036; Chem. Mater., 2017, 29, 5663；Adv. Funct. Mater., 2018, 28, 180273; Chem. Eng. J., 2021, 415, 128955），从而改善其治疗效果。

首先合成了TMAO、TCSA和UPyMA三种单体，并通过自由基聚合得到PTTU聚合物。

图1：单体的合成与表征

图2：PTTU聚合物的合成与表征

PTTU涂层改善了材料表面的亲水性，相对均匀光滑并具有较低的粗糙度（Ra=0.40 ± 0.07 nm），对材料表面形貌没有显著影响。

图3：聚合物涂层的表面成分和亲/疏水性

图4：聚合物涂层的表面形貌和粗糙度

PTTU改善了涂层的亲水性，具有良好的抗菌防污性能。

图5：抗污性能

UPy的引入增强了PTTU与基底的界面结合力（大约三倍），并具有良好的透明度和自愈合防污性能，具有长效抗污的潜力。

图6：聚合物涂层的自愈合性能

PTTU聚合物涂层具有良好的生物相容性，在牙科材料等领域具有潜在的应用价值。

图7：生物相容性评价

【文章结论与讨论，启发与展望】

综上所述，研究人员仿口腔黏膜自更新防污功能，在各种牙科材料表面构建了抗菌防污自愈合涂层，抗菌与防污的协同作用有效减少了细菌和蛋白的非特异性吸附，有利于抑制生物膜的形成。在聚合物分子链中引入多重氢键供体UPy，不仅增加了聚合物与基底界面结合力，同时在口腔环境下具有良好的自愈合防污性能，从而达到长效防污的目的，有效预防口腔细菌感染疾病的发生。该工作对新型口腔高分子材料的研发具有一定借鉴意义。

四川大学高分子科学与工程学院李建树教授和丁春梅副教授为该论文的通讯作者，辛强伟博士为第一作者。该工作得到国家自然科学基金，高分子材料工程国家重点实验室等项目的支持。

原文链接：

https://doi.org/10.1021/acsami.3c09628

转自：“高分子科学前沿”微信公众号

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