自2007年Haeshin Lee等首次报道贻贝灵感的 “Material-independent”酚胺化学—多功能聚多巴胺涂层以来，基于儿茶酚及植物多酚框架的“Material-independent”化学改性策略在生物医学、能量储存和环境科学等几乎所有的科学和工程领域都产生了重要的影响。该化学策略在应用于几乎所有类型的材料改性时，其表面功能分子的固定、润湿性控制、导电涂层、细胞培养和聚合物生长等均可实现按需调控。然而，利用现有的“Material-independent”表面化学策略在构建理疗气体催化表/界面研究领域方面却几乎没有报道。
最近，西南交通大学材料学院杨志禄副教授/黄楠教授团队与韩国科学技术研究所Haeshin Lee教授合作，结合植物灵感多酚化学和血液中谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）的一氧化氮（NO）催化化学原理，发展出基于金属-植物多酚框架的理疗一氧化氮气体催化涂层表面改性技术。研究选取广泛存在于植物中的多酚-没食子酸，以及具有类GPx催化活性的硒代胱胺（SeCA）及金属铜离子（Cu2+）为理疗气体催化涂层制备前驱体，基于分子/离子共组装反应原理，通过简单的“一步法”，研究者成功地构建出具有长期、持续、稳定、可精确调控NO催化释放功能的粘附涂层。该理疗气体催化涂层能够广谱应用于包括金属、聚合物、无机材料、以及具有复杂几何形状的冠脉血管支架和纳米粒子表面改性。
图1. 植物灵感酚胺化学构建理疗一氧化氮气体催化涂层，及其应用于广谱材料表面改性。
图2. 金属-酚胺表面化学实现了理疗一氧化氮气体催化释放速率在更宽范围内的精准、按需调控。
为了验证该理疗气体催化涂层在血液环境下的实际应用可行性，研究者进一步进行了系统化的体外生物学评价（包括血液相容性、细胞生长行为）以及半体内血液循环和血管支架植入实验。研究结果证实，经过该策略设计的理疗NO气体催化释放涂层，应用于血管支架表面改性，不仅可以赋予血管支架同时兼备抗凝、抑制平滑肌细胞增殖/迁移和促进内皮再生等多重生物学功能。此外，通过精准调控NO催化释放剂量，能实现生物学功能的精准操控。特别值得一提的是，研究者发现，理疗NO气体作用于内皮细胞，其细胞生长行为与催化释放的NO具有敏感的剂量依赖性。而这一发现为心血管植入器械表面功能仿生设计提供了理论支撑和指导。最终，研究者将优化的NO催化释放涂层应用于血管支架表面改性，发现支架在植入2周后实现了快速内皮化，而该涂层的这一关键性功能对降低/解决支架临床面临的再狭窄和晚期血栓具有极其重要的现实意义。
图3. 经工艺优化的一氧化氮理疗气体催化涂层应用于血管支架表面改性，实现了2周内快速内皮化，有效地抑制了内膜增生，显著地降低了支架再狭窄率。
相关研究成果以“Metal-Phenolic Surfaces for Generating TherapeuticNitric Oxide Gas”为题发表在材料化学领域权威期刊Chemistry of Materials上，杨志禄副教授为该论文第一兼通讯作者，黄楠教授和Haeshin Lee教授同为该论文的通讯作者；西南交通大学材料先进技术教育部重点实验室/材料科学与工程学院为论文的第一通讯单位。该研究工作得到了国家自然科学基金-重点项目（81330031）、国家自然科学基金-面上项目（31570957）、国家自然科学基金-青年基金项目（81501596）、“十三五”国家重点研发计划项目（2017YFB0702504）、四川省杰出青年基金（2016JQ0027）以及西南交通大学“优青培养基金”（2682018ZT23）等项目的大力支持。
论文链接：
https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.chemmater.8b01876
来源：高分子科学前沿
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