生物分子、细胞和微生物的有害吸收在从医疗装置到药物传递过程中面临着巨大的挑战。例如，生物材料在植入后不久就会被一层宿主蛋白覆盖，之后会引起不可逆转的异物反应。结果，包括炎症、感染、组织纤维化等一系列医源并发症将被引发，从而导致生物材料的失效。因此，减少或消除“生物污染”对于医疗装置和药物的安全性和功效性是至关重要的。为了实现无污染的表面，大量的亲水材料被使用，其中，材料表面的水合作用有着举足轻重的作用。已经证明这些材料可以形成水合外壳阻止生物分子或细胞接触表面，而使得该底层基底“隐身”。但是，大多数亲水材料的水合作用能力不足以形成一个无污染的表面。目前，很少有高度亲水的材料能满足实际应用的无污需求，尤其是在复杂的生物介质中。

从先前关于无污染表面的研究中，可以发现随着两性离子头基的正电荷和负电荷位点之间的分子内距离减小，两性离子聚合物的水合能力和抗污染能力增强。根据这一原则，华盛顿大学江绍毅团队通过研究天然存在的两性离子分子，发现了存在于咸水鱼中的小分子有机渗透物“三甲胺氮氧化物（TMAO）”。受咸水鱼中TMAO的启发，该团队开发了一类基于三甲胺氮氧化物的两性离子聚合物（PTMAO）的新型高效抗生物污染的仿生材料。相关研究以“TrimethylamineN-oxide–derivedzwitterionicpolymers:Anewclassofultralowfoulingbioinspiredmaterials”为题，发表在《Science》子刊《ScienceAdvances》上。

图一（A）基于盐水鱼类中两性离子渗透物（TMAO）得到的两性离子聚合物（PTMAO）。PTMAO能有效地阻止表面在体外和体内环境中的生物污染。（B）TMAO单体和聚合物的合成路线图。

高效抗生物污染

该团队首先对TMAO聚合物在体外进行污染测试，结果表明PTMAO对于纤维蛋白原的吸附量相对于聚丙烯（PP）下降了97.6%；PTMAO相对于PVA而言对于补体C5b-9的影响较小；从细胞培养的结果来看，与TCPS相比，PTMAO在3天的细胞培养后其表面依然为洁净表面（每μm2少于两个细胞）。这些结果表明PTMAO具有高抗生物污染的性质，有望用于医疗应用。

图二PTMAO抗污染性质的体外测试。（A）通过ELISA测定的纤维蛋白原吸附到PP和PTMAO水凝胶表面的相对吸附量。（B）使用PVA和PTMAO水凝胶进行补体C5b-9激活对比。（C）培养3天后NIH3T3细胞粘附于组织培养聚苯乙烯（TCPS）和PTMAO水凝胶上的数量。（D）在人血清中不同厚度的PTMAO薄膜的SPR传感图。

对免疫识别几乎不可见！

然后对TMAO的最小免疫原性进行测试，5周的测试结果表明PEG接枝的钥孔血蓝蛋白(KLH,keyholelimpethemocyanin)，能显著的引发PEG特异性抗体（IgM平均滴度高于，IgG平均滴度高于0），而TMAO对免疫识别几乎是不可见的，TMAO接枝的KLH没有引起可检测的TMAO特异性抗体（IgM和IgG平均滴度低于）。说明TMAO聚合物即使在极具挑战性的体内环境中也可以保持其优越的抗生物污染性。

图三评估PTMAO的免疫原性。（A）向C57BL/6J小鼠皮下注射PEG-KLH或PTMAO-KLH（n=5）5个剂量（每周一剂）。在第7、14、21、28、35天时收集小鼠血液。通过ELISA试验检测小鼠血清中聚合物特异的IgM（B）和IgG（C）的滴度。

小结：该团队成功地制备了基于TMAO的新一代两性离子聚合物材料。该两性离子聚合物材料具有超亲水性、高效抗生物污染能力，能够广泛适用于抗生物污染材料的开发，在生物材料发展过程中的具有里程碑意义。

参考文献：

Li,B.;Jain,P.;Ma,J.;Smith,J.K.;Yuan,Z.;Hung,H.-C.;He,Y.;Lin,X.;Wu,K.;Pfaendtner,J.;Jiang,S.,TrimethylamineN-oxide–derivedzwitterionicpolymers:Anewclassofultralowfoulingbioinspiredmaterials.,5,DOI：10./sciadv.aaw.

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