植入感染目前已成为生物医用金属植入器件临床应用的巨大障碍,开展抗植入感染材料的开发与研究具有必要性和迫切性。植入感染本质上是材料表面粘附的细菌与生成的生物膜引起的,从研究思路、方法和效果的角度分析,聚合物涂层因其结构功能可设计性、抗菌可靠性高、不影响整体机械性能等优点,无疑是解决细菌粘附与定殖的有效策略。近年来,基于聚合物的抗菌材料及抗菌机理得到了广泛的关注,但仍有诸多问题需要考虑和解决:如死细菌在杀菌型涂层表面累积问题;细菌抵抗型表面往往同时抵抗细胞粘附,缺乏相应生物活性的兼顾与调控,且抑菌活性仍不理想;多重抗菌涂层结构设计复杂,制备困难;LbL法与表面接枝法等涂层制备方法过程繁琐、冗长、不可控,制备工艺亟需进步等。这些都是本文关注并尝试解决的主要问题。大分子自组装及其组装聚集体研究一直是高分子科学领域的热点之一,随着多年发展,科学家们更加关注通过多组分、多级次组装方式探索大分子自组装聚集体的功能化及其应用。但大多数自组装研究集中在嵌段聚合物,因合成相对困难,其实际应用受到了一定限制。相对于嵌段共聚物,双亲性无规共聚物简单易得,其组装胶体表面同时存在离散分布的亲疏水功能微区,还可作为生物活性组分（如抗菌、锚定组分等）载体。基于这种独特的结构特点,以无规共聚物胶体粒子作为涂层构建基元可以提供一种简单、便捷的方法构筑多功能且结构可控的涂层表面,以解决以上抗菌涂层面临的诸多问题,拓宽大分子自组装实际应用的研究具有十分重要的理论价值和实际意义。围绕以上背景,本文设计合成了不同结构、功能的双亲性无规共聚物,以其自组装体作为构筑涂层的基本基元,再结合电泳沉积技术在钛及其合金表面制备了多功能且结构可控的抗菌涂层材料,以解决抗菌涂层面临的诸多问题,为制备多功能抗菌涂层提供新思路。主要研究路线是:首先,构建了季铵盐接触型抗菌涂层材料,就死细菌是否会在杀菌材料表面累积进行验证,并探究涂层对有毒离子释放的抑制能力;其次,基于疏水化两性离子聚合物构建了细菌粘附抵抗型涂层材料,在解决细菌在材料表面粘附问题的同时实现了细胞的粘附与增殖,研究了涂层促进细胞粘附的机制;为进一步提高涂层的抗菌性能并调节细胞粘附行为,从聚合物结构、组装组分与涂层性能之间的构效关系出发,构筑了具有可控细胞粘附行为的多重抑菌杂化涂层材料,阐述了调控机理及理论依据。最后,通过优化聚合物结构及合成路径,发展了羧酸甜菜碱型两性离子复合涂层,获得更优抗菌效果的同时验证了涂层疏水性调节细胞粘附机理的实用性和普适性。具体探究内容如下:1、季铵盐型功能涂层及其性能研究首先在医用镍钛合金表面构建了季铵盐接触型抗菌功能涂层,并探究了涂层对镍钛合金中有毒Ni²⁺离子释放的抑制能力和杀菌能力。通过控制聚合单体投料比和随后季铵化反应程度合成了不同羟基（-OH）与叔胺（-N（CH₃）₂）基团比率和不同季铵盐含量的光敏性季铵盐聚合物聚（7-（丙烯酰氧基）-4-甲基香豆素-co-甲基丙烯酸羟乙酯-co-甲基丙烯酸二甲氨乙酯-co-甲基丙烯酸二甲氨乙酯十二烷基季铵盐）（PCHD-Q）,季铵盐组分摩尔分数分别控制在1%（Q1）和10%（Q10）左右。将所得聚合物在选择性溶剂中自组装成胶体粒子,粒子对pH、盐浓度、UV辐照具有响应性。最后,以15 V、5 min的沉积电泳条件和UV辐照10 min的光交联条件在镍钛合金表面制备了涂层材料,电泳沉积机理为电化学粒子凝聚机理,光交联过程增加了涂层结构的致密性与均匀性。研究结果表明:涂层有效地抑制了有毒Ni²⁺的体外释放,并降低了释放Ni²⁺诱导的细胞毒性,抑制机理主要是:一方面,电泳涂层经光交联增加了涂层结构致密性与均匀性,在早期起到物理阻隔作用;另一方面,基于涂层中-OH和-N（CH₃）₂基团起到物理吸附作用,在后期抑制了Ni²⁺向外释放,且-OH含量更高的涂层抑制效果更好。同时,所制备的季铵盐型涂层材料具有突出的杀菌能力和良好的细胞相容性,抗菌能力随季铵盐组分的增加而增强。此外,季铵盐涂层抗菌结果显示了死细菌会在涂层表面粘附、累积。2、疏水化两性离子型抑菌及促细胞粘附功能涂层材料基于两性离子聚合物构建了双亲性细菌粘附抵抗型涂层材料,以解决细菌在抗菌材料表面粘附这一问题,同时实现了细胞在此类涂层表面的粘附与增殖。首先,通过引入手性单体丙烯酸异冰片酯（ISA）合成了疏水化的两性离子聚合物聚（磺酸基甜菜碱甲基丙烯酸酯-co-甲基丙烯酸二甲氨乙酯-co-丙烯酸异冰片酯）（PSDI）并自组装成胶体粒子（CP）;然后,将CP溶液与单宁酸水溶液（TA）等体积混合后共电泳沉积在钛合金表面构筑了抑菌功能涂层材料。结果表明:成功合成了疏水化两性离子聚合物PSDI,其磺化程度为84.3%;CP与TA混合形成了CP-TA_X复合胶体溶液（X为TA浓度）,过高的TA含量不利于胶体体系稳定;经探索以25 V、60 s沉积条件制备了涂层材料,TA组分的引入增加了电泳过程的稳定性,改善了涂层形貌的完整性和平整度,并通过氢键和离子键作用与聚合物PSDI形成三维物理交联网络结构,提高了涂层的溶液稳定性;所制备的复合涂层有效地抑制了细菌在表面的定殖与粘附,主要抑菌机理为:涂层表面兼具ISA和SBMA功能团,通过建立手性表面、静电屏蔽表面及一定程度的水化表面协同抑制了细菌初始粘附;同时,ISA组分的引入在不影响抑菌功能的同时增加了涂层的疏水性,形成的适度亲水表面促进了细胞的粘附与增殖,初步提出增加抑菌涂层疏水性可实现细胞粘附的机制,这对两性离子型表面是十分有意义的。3、可控细胞粘附及多重抑菌杂化涂层材料基于聚合物结构与细胞粘附行为之间有一定的相关性这一结论,设计特定结构的聚合物并研究其结构对细胞粘附行为的调控是本章的重点;为了进一步提高抗菌活性,多重抗菌理念被引入涂层材料中。首先,设计合成了一些列不同组分、配比以及磺化度的双亲两性离子聚合物聚（甲基丙烯酸二甲氨乙酯-co-丙烯酸异冰片酯）（PDI）和聚（磺酸基甜菜碱甲基丙烯酸酯-co-甲基丙烯酸二甲氨乙酯-co-丙烯酸异冰片酯）（PDI-S）,然后在乙醇中与TA杂化自组装形成胶体粒子PDI/AT和PDI-S/TA,TA为天然多酚,可以促进涂层与基材表面的附着力,同时赋予涂层高效的抗菌活性;探索并以相对优化的沉积条件在医用钛表面构建了多功能抑菌涂层材料。研究结果显示,杂化涂层具有优异的溶液稳定性,其表面性质受聚合物组成、磺化度及TA组装组分的影响;杂化涂层Ti-PDI/TA及Ti-PDI-S/TA具有十分优异的抗菌性能和可调的细胞粘附性质,抗菌机理为:首先通过增加ISA或SBMA功能组分抑制细菌初始粘附,再进一步通过TA组分破坏细胞膜结构和代谢途径杀死已附着在表面的细菌,减少了涂层表面活/死细菌附着量;细胞粘附行为的调控机理为:通过改变聚合物结构参数调节杂化涂层表面亲疏水性质,从而实现调控细胞粘附行为;其中,涂层实现抑菌性能的ISA组分摩尔分数阈值为30%,ISA摩尔分数为50%时是涂层从促进细胞粘附到抑制细胞粘附转变的最优值。最后,动物实验表明促细胞粘附的杂化涂层具有良好的体内相容性。该涂层体系通过调节聚合物结构参数而实现调节细胞及细菌的粘附行为,在骨科或心血管支架领域均具有潜在应用。4、羧酸甜菜碱两性离子型复合抗菌功能涂层材料通过优化聚合物结构及合成路径,发展了羧酸甜菜碱两性离子复合涂层,验证了基于疏水性调控细胞粘附行为机理的普适性。本章首先设计合成羧酸保护的两性离子型聚合物聚（羧基保护甜菜碱甲基丙烯酸甲酯-co-丙烯酸异辛酯-co-多巴胺甲基丙烯酸甲酯）（P（CB-tBu-co-EHA-co-DOPA））,通过其组装的胶体粒子负载了Cu²⁺抗菌组分并电泳沉积制备多功能涂层材料。研究表明:成功制备了负载Cu²⁺的涂层材料;间接法细胞毒性实验表明,涂层60天内累积释放的Cu²⁺不会诱导明显的细胞毒性,说明了负载Cu²⁺策略的安全性;涂层具有优异的综合性能,其可以通过简单三氟乙酸溶液的处理实现由季铵盐复合涂层向羧酸甜菜碱两性离子复合涂层转换,从而改变涂层表面物化性质,极好地控制细胞由粘附向抗粘附的转变,控制效果与聚合物结构相关,增加CBMA组分效果更好,该结果验证了疏水性调控细胞粘附行为机理的可行性与普适性;脱保护前后的涂层均具有优异的抗菌性质,其抗性来源于涂层的粘附抵抗性、季铵盐接触及Cu²⁺释放杀菌性,细胞毒性实验及动物实验则表明涂层材料具有良好的生物相容性。该工作以极为简单的表面处理方式控制细胞粘附行为并提供多重抗菌性,颇具新意。综上所述,本文以设计合成的双亲性无规共聚物为基础,结合大分子自组装及电泳沉积技术,在钛及其合金表面制备涂层材料,赋予涂覆表面以理想的抗菌活性,并兼具功能性。主要通过无规聚合物结构、组装组分的控制,成功构建并发展了具有多重抗菌机理的涂层表面,解决了聚合物抗菌涂层面临的诸多问题;并基于结构与性能的构效关系的研究,提出了调控细菌及细胞粘附行为的特定机理,并证实其普适性。本研究结合大分子自组装及电泳沉积技术,为抗菌聚合物涂层固定、制备提供了一种简单、高效的策略,以无规聚合物自组装胶体粒子作为构建基元,拓宽了大分子自组装在生物涂层领域的研究范畴。