CN112618803A - 一种温度响应型仿生纳米锥双功能抗菌表面的制备方法 - Google Patents

一种温度响应型仿生纳米锥双功能抗菌表面的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种温度响应型仿生纳米锥双功能抗菌表面的制备方法，属于功能材料加工及制备技术领域，特别涉及一种模板热压印和水基原子转移自由基聚合物方法的技术，其采用模板辅助热压印方法在聚合物表面制备仿生纳米锥结构，使该表面具有杀菌功能，之后将温度响应型聚合物聚(N‑异丙基丙烯酰胺)接枝在该表面上，使该表面具有温敏特性。本发明的效果和益处是，该方法首先通过本方法制备的抗菌表面具有“杀菌”和“抗粘附”双功能，可以杀死粘附在该表面的细菌细胞，并通过降温脱附除掉未杀死的细菌细胞和死细胞，提高表面抗菌率。

Description

一种温度响应型仿生纳米锥双功能抗菌表面的制备方法
技术领域
本发明属于功能材料加工及制备技术领域，特别涉及一种温度响应型仿生纳米锥双功能抗菌表面的制备方法。
背景技术
医疗器械在介(植)入体内后，在其表面滋生细菌是引发院内感染的最主要原因。植入体细菌感染具有严重的后果，这些细菌可直接导致植入体周围组织坏死，使病人残疾甚至死亡(Harding J L et al.,Trends in Biotechnology,2014,32(3):140-146)。植入体一旦发生细菌感染，细菌会在材料与组织之间形成一层生物膜。生物膜可以为细菌的增殖提供有力的生存平台，同时其结构也可阻止免疫细胞或其他的抗菌药物进入，很难通过抗生素等药物进行治疗。因此，构建具有原位抗菌功能的植入体成为预防植入体细菌感染的有效方法。
Ivanova等人在研究铜绿假单胞菌在蝉翼表面的粘附状况的文献(Hasan J etal.,Applied Microbiology and Biotechnology,2013,97(20):9257-9262)中，将抗细菌粘附和杀菌方式有机结合起来，可避免两种方式各自存在的不足(Yu Q et al.,ActaBiomaterialia,Acta Materialia Inc.,2015,16(1):1-13)。目前抗细菌粘附-杀菌表面构建法有：抗粘和杀菌单体接枝共聚(Wang B et al.,ACS Applied Materials andInterfaces,2016,8(40):27207-27217)、抗粘刷和杀菌刷共混(Shi Z Q et al.,ACSApplied Materials and Interfaces,2016,8(36):23523-23532)、抗粘刷和释放型杀菌剂协同(Wang Y et al.,ACS Applied Materials and Interfaces,2020,12(19):21283-21291)等方法。这些表面构建法制备过程繁琐，且抑菌需要在特定条件下进行。因此，开发简单新型抗细菌粘附-杀菌表面具有重要意义。
Sun B et al.，Electrochimica Acta,Elsevier Ltd,2013,112:327-332.，公开了一种自定序的阳极氧化铝锥形纳米孔，其连续可调周期在290～490nm范围内。Dickson MN et al.,Biointerphases,2015,10(2):021010，公开了一种使用纳米压印光刻技术在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜表面上制作仿生纳米柱结构，证实在结构化的PMMA表面上孵育大肠杆菌(E.coli)后，柱状表面的粘附细胞密度低于平膜(在平膜上密度为67％～91％)；并且在确实粘附的大肠杆菌中，死于柱状表面的死率比死于平面膜的死率高16％～141％。这些结果有效地将杀菌的纳米柱形貌转化为用于医疗器械的重要聚合物PMMA的表面。Balamurugan S S et al.,Langmuir,2012,28(40):14254-14260，公开了一种基于水的途径，通过原子转移自由基聚合法(ATRP)从聚甲基丙烯酸甲酯PMMA表面接枝聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAAm)。XPS证实了ATRP引发剂N-羟基琥珀酰亚胺基-2-溴-2-甲基丙酸酯的成功连接。
对以上问题，本发明提出了一种在医用聚合物材料上制备抗菌表面的方法。利用模板辅助热压印法制备出大面积纳米锥结构，在材料表面获得具备杀灭细菌的功能表面。然后，利用水基原子转移自由基聚合法将聚(N-异丙基丙烯酰胺)接枝在该表面上，制备温度响应型抗粘附表面。该发明将抗菌粘附和杀菌方式有机结合，制备方法简单，具有普适性，可实现医疗器械表面长效抗菌。
发明内容
本发明的目的是提供一种温度响应型仿生纳米锥双功能抗菌表面的制备方法，以解决现有技术中存在的上述问题。
本发明的技术方案为：
一种温度响应型仿生纳米锥双功能抗菌表面的制备方法，所述的方法包括以下步骤：
步骤1、采用多步阳极氧化法制备硬质阳极氧化铝(AAO)模板：
1.1、将铝片用乙醇、去离子水超声，吹干，抛光；
1.2、对经步骤1.1)处理的铝片的表面进行高压硬质阳极氧化，压力为80～100V，得到初始纳米排布阵列，并去除氧化铝膜；
1.3、对经步骤1.2)处理的铝片的表面进行低压温和阳极氧化和磷酸扩孔交替处理，压力为60～80V，获得AAO模板。
步骤2、采用模板热压印法制备纳米锥结构表面：
使用热压机在140～160℃，4～5MPa下将聚甲基丙烯酸甲酯与步骤1)中获得的AAO模板结合；热压印后，移走AAO模板，去除聚甲基丙烯酸甲酯表面的氧化铝膜，并对聚甲基丙烯酸甲酯表面锥度进行刻蚀；得到排列有序的纳米锥结构，其中锥间距为170～200nm，锥高为260～300nm。
步骤3、采用水基原子转移自由基聚合法将聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAAm)接枝在纳米锥结构表面：
3.1、步骤2)中获得的纳米锥结构表面在去离子水超声，吹干后，采用波长为258nm的紫外光辐照15min，辐照距离为15～20cm，以进行羟基化；
3.2、使用乙二胺、N-羟基琥珀酰亚胺和1-乙基-3-[3-(二甲氨基)丙基]碳化二亚胺盐酸盐对步骤3.1)中经羟基化的纳米锥结构表面进行胺功能化，将26.4mg N-羟基琥珀酰亚胺-2-溴代异丁酸酯(NHS-BMP，0.5×10-3M)溶解于20mL二甲基亚砜中，与磷酸盐缓冲液按照体积比1:10混合，制备引发剂溶液。将大分子引发剂NHS-BMP固定在经胺功能化的纳米锥结构表面上。其中，每平方厘米纳米锥表面反应所需引发剂溶液体积为19～20mL；
3.3)、使用氯化亚铜和(三[2-(二甲基氨基)乙基]胺)作为催化剂体系，配置0.5MN-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)溶液，将PNIPAAm接枝在步骤3.2)中获得的固定有引发剂N-羟基琥珀酰亚胺-2-溴代异丁酸酯的纳米锥结构表面上，每平方厘米纳米锥表面反应所需NIPAAm溶液体积为9～10mL。
进一步地，通过上述方法制备的温度响应型仿生纳米锥双功能抗菌表面在生理温度下能够杀死粘附在表面的细菌细胞，且在降温至低于最低临界溶解温度(LCST，约为32℃)后，能够脱除残留在表面上的细菌细胞及死细菌。
另一方面，本发明提供了一种温度响应型仿生纳米锥双功能抗菌表面，其包括纳米锥结构表面和接枝在纳米锥结构表面的PNIPAAm，其中，纳米锥结构由聚甲基丙烯酸甲酯制成，纳米锥结构表面具有排列有序的纳米锥结构，其中锥间距为170～200nm，锥高为260～300nm。
本发明的效果和优点是：
(1)采用纳米锥结构对粘附在表面上的细菌进行杀灭，杀灭过程属于物理过程。与采用化学机制或成分，使材料表面的细菌微生物细胞体失活，从而达到杀菌抑菌目的抗菌表面相比，抗菌效果稳定，不会出现细菌细胞的耐药性。
(2)将温度响应型聚合物PNIPAAm接枝到该表面上，当温度大于其最低临界溶解温度时，PNIPAAm链呈疏水性，链蜷缩在表面上，此时粘附在表面上的细菌细胞结构遭到纳米锥将破坏，导致细菌死亡，表面起到杀菌作用；当温度降低至小于最低临界溶解温度时，PNIPAAm链呈亲水性，链舒展在表面上，将粘附在纳米锥表面上的细菌细胞脱附出去，起到抗菌作用。
(3)该方法制备的抗菌表面，杀菌效果优良，可多次重复使用，杀菌率高达98.63％。
(4)该方法制备的抗菌表面，抗粘附效果优良，降温至4℃后表面脱附率达到89.47％，能够起到医疗器械表面长效抗菌的功能。
附图说明
图1是本发明所述的一种温度响应型仿生纳米锥双功能抗菌表面的制备方法工艺流程示意图。
图2是本发明所述的一种温度响应型仿生纳米锥双功能抗菌表面的制备方法的纳米锥结构工艺加工流程示意图。
图3是本发明所述的一种温度响应型仿生纳米锥双功能抗菌表面的制备方法的温度响应型聚合物接枝反应路径图。
图4是本发明所述的一种温度响应型仿生纳米锥双功能抗菌表面的制备方法的表面杀菌过程示意图。
图5是本发明所述的一种温度响应型仿生纳米锥双功能抗菌表面的制备方法的表面接触角照片(A:20℃；B:37℃)。
图6是本发明所述的一种温度响应型仿生纳米锥双功能抗菌表面的制备方法的纳米锥扫描电镜照片(A：按照文献所述方法制备的温度响应型仿生纳米锥表面；B：温度响应型仿生纳米锥双功能抗菌表面)。
图7是本发明所述的一种温度响应型仿生纳米锥双功能抗菌表面的制备方法的大肠杆菌孵育3小时后杀菌效果扫描电镜照片。
图8是本发明所述的一种温度响应型纳米锥双功能抗菌表面的制备方法的大肠杆菌粘附荧光照片(A：光表面；B：温度响应型仿生纳米锥双功能抗菌表面)。
图9是本发明所述的一种温度响应型纳米锥双功能抗菌表面的制备方法在4℃下大肠杆菌粘附荧光照片(A：光表面；B：温度响应型纳米锥仿生双功能抗菌表面)。
具体实施方式
以下结合附图，通过实施例进一步说明本发明，但不作为对本发明的限制。以下提供了本发明实施方案中所使用的具体材料及其来源。但是，应当理解的是，这些仅仅是示例性的，并不意图限制本发明，与如下试剂和仪器的类型、型号、品质、性质或功能相同或相似的材料均可以用于实施本发明。下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1：硬质阳极氧化铝(AAO)的制备。
首先，将铝片(高纯铝，纯度为99.999％)用乙醇、去离子水超声，吹干，电化学抛光。然后，对铝片表面进行高压硬质阳极氧化，电解液为硫酸-草酸溶液，其中硫酸为0.01M，草酸为0.3M。开始操作时，先缓慢将电压从0V升至40V(速度约为0.5V·s-1)，在此电压下氧化8min；然后以同样速率缓慢升高至100V，反应温度为0℃，反应总时间为90min。得到初始纳米排布阵列之后，采用铬酸-磷酸溶液(铬酸1.8wt％，磷酸6wt％，65℃)进行刻蚀，去除氧化铝膜。最后，对表面进行低压温和阳极氧化和磷酸扩孔交替处理，溶液均为磷酸溶液，其中阳极氧化磷酸溶液浓度为0.29M，扩孔磷酸溶液浓度为0.43M。阳极氧化电压为80V，温度为10℃，时间3min，扩孔温度为30℃，时间为11min。
以上实验重复三次。
实验结果：得到理想的孔径和孔间距的AAO模板，为之后压印实验做准备。
实施例2：模板热压印法制备纳米锥结构表面。
使用热压机在160℃下，4MPa下将聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)与AAO模板结合，热压印5min；然后，将压合体依次放入氯化铜-盐酸混合液(氯化铜0.2M，盐酸10wt％)和10wt％氢氧化钠溶液中，去除模板中的铝基底和氧化铝膜；最后，将聚合物浸泡在在65℃，10wt％氢氧化钠溶液中90min，对其表面锥度进行刻蚀。
以上实验重复三次。
实验结果：得到仿生纳米锥阵列结构抗菌表面。
实施例3：水基原子转移自由基聚合法将PNIPAAm接枝在纳米锥结构表面。
本实施例设置两组平行实验，对照组按照文献(Balamurugan S S et al.,Langmuir,2012,28(40):14254-14260)所述步骤将PNIPAAm接枝在实施例2中的纳米锥结构表面上；实验组步骤如下，第一步，实施例2中的纳米锥表面通过去离子水超声，吹干。纳米锥表面裁剪为直径为0.8cm的圆片。258nm紫外光辐照该纳米锥表面15min，辐照距离为20cm对其表面进行羟基化；第二步，将表面浸没在乙二胺，N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)和1-乙基-3-[3-(二甲氨基)丙基]碳化二亚胺盐酸盐(EDC)溶液(乙二胺5×10-3M，NHS 0.2M，EDC 0.05M)中5h，对表面进行胺功能化；第三步，在20ml二甲基亚砜中溶解26.4mg大分子引发剂N-羟基琥珀酰亚胺-2-溴代异丁酸酯(NHS-BMP)，将200mL，0.01M磷酸盐缓冲液(pH＝7.3，KCl0.1M)与该溶液混合。将胺功能化后的表面浸入10ml混合溶液中并室温下反应12h，将引发剂固定在表面上。最后，将表面放入顶空瓶中，抽真空三次，备用。将NIPAAm(1.1316g，0.5M)、氯化亚铜(19.6mg，0.01M)和20mL去离子水称量后加入烧瓶中，在冰浴下加入三[2-(二甲基氨基)乙基]胺51.42μL(Me6TREN，0.01M)，通氮气将该溶液脱气30min。在氮气氛下将5mL脱气后的该溶液注入含有表面的顶空瓶中，在4℃下反应24h。将PNIPAAm接枝在表面上。接枝完成后，分别在20℃和37℃下测试实验组表面接触角来观察其温敏特性。在表面上溅射一层金膜(约5nm)，使用扫描电子显微镜观察对照组和实验组的表面形貌。
以上实验重复三次。
实验结果：当温度为20℃时，该表面接触角为70.75°；当温度为37℃时，该表面接触角为111.20°。随着温度增加，表面接触角增大，表面由亲水变为疏水。图5为该表面在20℃和37℃下的接触角照片。通过扫描电子显微镜观察表面形貌，对照组表面纳米锥发生倒伏和聚集，表面发生损伤；实验组表面纳米锥结构完好，其锥间距约为170nm，锥高约为300nm。图6为温度响应型仿生纳米锥双功能抗菌表面的扫描电子照片(A：按照文献所述方法制备的温度响应型仿生纳米锥表面；B：温度响应型仿生纳米锥双功能抗菌表面)。
此实施例说明：完全按照文献(Balamurugan S S et al.,Langmuir,2012,28(40):14254-14260)所述步骤进行PNIPAAm接枝，过程中会对纳米锥结构造成损伤；在去除异丙醇预处理，改进紫外光辐照距离，改变引发剂含量和PNIPAAm接枝浓度后，可制备出排列有序的温度响应型仿生纳米锥结构抗菌表面。
测试例1：温度响应型纳米锥结构抗菌表面对大肠杆菌的杀菌率。
选择大肠杆菌(E.coli)作为细菌相关实验的模型细菌。在测试之前，取100μL在-4℃冰箱中保存的甘油大肠杆菌原液。在10mL LB液体培养基中，37℃下，过夜培养，然后取出，摇匀。将菌液稀释100倍后，继续在37℃下，传代培养3h。通过生理盐水将菌液稀释至OD600＝0.3。将采用该方法制备的温度响应型仿生纳米锥双功能抗菌表面用去离子水超声，生理盐水冲洗，吹干。将待测表面固定在24孔板底部。取500μL细菌悬浊液垂直滴入24孔板中，使表面完全浸入菌液中。37℃下静置培养3h。将光表面PMMA作为对照组，按相同方法将大肠杆菌在该表面上孵育。
为了观察附着细菌的形态，在孵育结束后，吸出菌液。在37℃下，所有底物均用1×PBS冲洗，然后用4％多聚甲醛(PFA)进行固定处理15min。随后，用0，50，75，100％乙醇的递增梯度冲洗底物，每次5min。然后用扫描电子显微镜(SEM)观察表面。使用扫描电镜观察时，为避免固定液及乙醇对表面锥结构造成损伤，需要提前在样品表面溅射镀金薄层(约5nm)，再进行杀菌实验。并且在表征之前，也需将样品溅射镀金薄层(约5nm)。
在完成第一步杀菌实验之后，吸出多余菌液，并将表面在37℃下使用生理盐水冲洗三次。之后，将其表面浸入含有SYTO 9(3.34mM)和碘化丙啶(20mM)体积比为1:1的染色液中，室温下暗箱孵育15min，通过荧光电子显微镜(Leica DMi8)观察表面。每个表面捕获15个随机选择的场的图像，使用ImageJ软件确定活细菌(绿色)与死细菌(红色)的数量。
以上实验重复三次。
实验结果：大肠杆菌在表面上孵育3h后，通过扫描电子显微镜和荧光染色法对光表面和温度响应型纳米锥抗菌表面进行定性和定量观察，细菌在对照组中的粘附量为9.89×103cells·cm-2，表面杀菌率为7.95％。在实验组中，细菌粘附量为7.93×103cells·cm-2，表面杀菌率为98.63％。图7为大肠杆菌在温度响应型仿生纳米锥抗菌表面上的扫描电子显微镜照片，图8为大肠杆菌在对照组和实验组中的细菌粘附荧光照片(A：光表面；B：温度响应型仿生纳米锥抗菌表面)。
此实施例说明：通过该方法制备出的温度响应型仿生纳米锥结构抗菌表面具有良好的杀菌能力。
测试例2：大肠杆菌在温度响应型纳米锥双功能抗菌表面的脱附。
37℃下，将细菌在所制备的温度响应型纳米锥双功能抗菌表面上孵育3h；吸出菌液，将该表面在4℃生理盐水中孵育30min；吸出生理盐水，用4℃生理盐水冲洗该表面三次，除去松散粘附的细菌细胞。将该表面浸入含有SYTO 9(3.34mM)和碘化丙啶(20mM)体积比为1:1的染色液中，暗箱孵育15min。将PMMA光表面设为对照组，进行脱附实验。最后，在荧光电子显微镜(Leica DMi8)下观察实验组与对照组的结果。每个表面捕获15个随机选择的场的图像，使用ImageJ软件确定细菌数量。
以上实验重复三次。
实验结果：通过染色液染色，观察到对照组细菌粘附量为8.70×103cells·cm-2，脱附率为4.48％；实验组细菌粘附量为0.84×103cells·cm-2，脱附率为89.47％。图9为大肠杆菌4℃生理盐水下孵育30min后光表面和温度响应型纳米锥抗菌表面上的荧光照片(A：光表面；B：温度响应型仿生纳米锥双功能抗菌表面)。
此测试例说明：当温度下降至最低临界溶解温度(LCST)以下时，粘附在所制备的温度响应型仿生纳米锥双功能抗菌表面上的细菌及其残留物，可以通过降温脱除法使其脱附下来。
尽管本发明是以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和大肠杆菌为例来描述的，但这种描述并不意味着对本发明构成限制。参照本发明的描述，其它种类的聚合物、细菌以及实施例的其它变形，对于本领域技术人员都是可以预料的。因此，这样的变形不会脱离所属权利要求限定的范围及精神。

Claims (3)

1.一种温度响应型仿生纳米锥双功能抗菌表面的制备方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
步骤1、采用多步阳极氧化法制备硬质阳极氧化铝模板：
1.1、将铝片用乙醇、去离子水超声，吹干，抛光；
1.2、对经步骤1.1)处理的铝片的表面进行阳极氧化，压力为80～100V，得到初始纳米排布阵列，并去除氧化铝膜；
1.3、对经步骤1.2)处理的铝片的表面进行阳极氧化和磷酸扩孔交替处理，压力为60～80V，获得阳极氧化铝模板；
步骤2、采用模板热压印法制备纳米锥结构表面：
使用热压机在140～160℃，4～5MPa下将聚甲基丙烯酸甲酯与步骤1)中获得的阳极氧化铝模板结合；热压印后，移走阳极氧化铝模板，去除聚甲基丙烯酸甲酯表面的氧化铝膜，并对聚甲基丙烯酸甲酯表面锥度进行刻蚀；得到排列有序的纳米锥结构，其中锥间距为170～200nm，锥高为260～300nm；
步骤3、采用水基原子转移自由基聚合法将聚(N-异丙基丙烯酰胺)接枝在纳米锥结构表面：
3.1、步骤2)中获得的纳米锥结构表面在去离子水超声，吹干后，采用波长为258nm的紫外光辐照15min，辐照距离为15～20cm，以进行羟基化；
3.2、使用乙二胺、N-羟基琥珀酰亚胺和1-乙基-3-[3-(二甲氨基)丙基]碳化二亚胺盐酸盐对步骤3.1)中经羟基化的纳米锥结构表面进行胺功能化，将26.4mg N-羟基琥珀酰亚胺-2-溴代异丁酸酯溶解于20mL二甲基亚砜中，与磷酸盐缓冲液按照体积比1:10混合，制备引发剂溶液；将大分子引发剂N-羟基琥珀酰亚胺-2-溴代异丁酸酯固定在经胺功能化的纳米锥结构表面上；其中，每平方厘米纳米锥表面反应所需引发剂溶液体积为19～20mL；
3.3)、使用氯化亚铜和(三[2-(二甲基氨基)乙基]胺)作为催化剂体系，配置0.5M N-异丙基丙烯酰胺溶液，将聚(N-异丙基丙烯酰胺)接枝在步骤3.2)中获得的固定有引发剂N-羟基琥珀酰亚胺-2-溴代异丁酸酯的纳米锥结构表面上，每平方厘米纳米锥表面反应所需N-异丙基丙烯酰胺溶液体积为9～10mL。
2.一种温度响应型仿生纳米锥双功能抗菌表面，其特征在于，所述的温度响应型仿生纳米锥双功能抗菌表面包括纳米锥结构表面和接枝在纳米锥结构表面的聚(N-异丙基丙烯酰胺)，其中，纳米锥结构由聚甲基丙烯酸甲酯制成，纳米锥结构表面具有排列有序的纳米锥结构，其中锥间距为170～200nm，锥高为260～300nm。
3.根据权利要求2所述的温度响应型仿生纳米锥双功能抗菌表面，其特征在于，所述的温度响应型仿生纳米锥双功能抗菌表面在生理温度下能够杀死粘附在表面的细菌细胞，且在降温至低于最低临界溶解温度后，能够脱除残留在表面上的细菌细胞及死细菌。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104710644A (zh) * 2015-03-04 2015-06-17 中国科学院长春应用化学研究所 一种在医用高分子材料表面上制备抗菌表面的方法
JP2015146807A (ja) * 2008-10-14 2015-08-20 株式会社セルシード 温度応答性細胞培養器材、及びその製造方法
CN106567119A (zh) * 2016-10-19 2017-04-19 华中科技大学 一种基于聚合物的纳米锥结构sers基底及制备方法
CN111686310A (zh) * 2019-03-11 2020-09-22 国家纳米科学中心 一种抗菌导尿管及其制备方法和应用
CN112048224A (zh) * 2020-08-31 2020-12-08 浙江工业大学 一种杀菌-释放双重功能的抗菌表面及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015146807A (ja) * 2008-10-14 2015-08-20 株式会社セルシード 温度応答性細胞培養器材、及びその製造方法
CN104710644A (zh) * 2015-03-04 2015-06-17 中国科学院长春应用化学研究所 一种在医用高分子材料表面上制备抗菌表面的方法
CN106567119A (zh) * 2016-10-19 2017-04-19 华中科技大学 一种基于聚合物的纳米锥结构sers基底及制备方法
CN111686310A (zh) * 2019-03-11 2020-09-22 国家纳米科学中心 一种抗菌导尿管及其制备方法和应用
CN112048224A (zh) * 2020-08-31 2020-12-08 浙江工业大学 一种杀菌-释放双重功能的抗菌表面及其制备方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CUI QIANQIAN等: "Nanopillared Polycarbonate Surfaces Having Variable Feature Parameters as Bactericidal Coatings", 《ACS APPLIED NANO MATERIALS》 *
QIAN YU等: "Nanopatterned antimicrobial enzymatic surfaces combining biocidal and fouling release properties", 《NANOSCALE》 *
SREELATHA S. BALAMURUGAN等: "Aqueous-Based Initiator Attachment and ATRP Grafting of Polymer Brushes from Poly(methyl methacrylate) Substrates", 《LANGMUIR》 *
杨家亮: "《有机玻璃》", 31 August 1961 *

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