《European Polymer Journal》：Facile and efficient fabrication of a water-induced high lubricating coating on PVC
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水诱导高润滑涂层通过PVP-PETA-KH550复合系统在PVC表面形成致密水合润滑层，显著降低摩擦系数至0.015，同时保持干态稳定性，生物相容性测试显示细胞存活率超80%，并具备优异耐尿环境稳定性。
XuYu Long|ZhiQing Yuan|ShiMing Fu|ZeXin Dai|Rui He|Qian Su|KangLi Yang|ShouTong Meng|CanCheng Li
国家与地方联合先进包装材料与技术工程研究中心，湖南工业大学包装工程学院，中国株洲412007
摘要
水诱导高润滑涂层是一类功能性涂层，在干燥条件下表现出适中的摩擦系数（COF）和优异的稳定性，但一旦接触水，摩擦系数会显著降低，润滑性能显著提高。这类涂层在介入性医疗设备（如导尿管、血管导管和胃肠道导管）中具有广泛的应用潜力。然而，现有的水诱导高润滑涂层通常存在制备工艺复杂、成本高、粘附性差和稳定性不足的问题。为了解决这些问题，本研究采用聚维吡咯烷酮（PVP）、季戊四醇三丙烯酸酯（PETA）和γ-氨基丙基三乙氧基硅烷（KH550）组成的复合体系，在聚氯乙烯（PVC）表面制备了水诱导高润滑涂层。实验结果表明，涂覆后的PVC（WHL-PVC）的接触角（WCA）从84.7°降至22.1°，摩擦系数（COF）从0.58降至0.015，表明其润滑性能得到了显著提升。在生物相容性测试中，L929细胞与不同浓度的涂层提取物共培养24小时后，细胞存活率超过80%，证实了其优异的生物安全性。此外，该涂层在模拟尿液环境中表现出出色的稳定性和耐久性。本研究为开发高性能医疗润滑涂层提供了一种新策略，对一次性介入性医疗设备的性能优化和临床应用具有重要意义。
引言
水诱导高润滑涂层是一类智能润滑涂层，其特征是在干燥条件下性能稳定，在潮湿环境中具有优异的润滑性能[1]。其核心优势在于在干燥条件下保持适中的摩擦系数（COF）和稳定的性能，便于储存和运输。当与水或人体体液接触时，这些涂层会迅速激活，形成致密稳定的水合润滑层，从而显著降低摩擦系数。此外，润滑效果持久且不易脱落。利用这一独特属性，水诱导高润滑涂层在多个领域具有广泛的应用前景。在工业领域，它们可用于微流控芯片中的低阻力传输、水下机器人的减阻涂层以及工业管道的防污染[2]、[3]、[4]。在生物医学领域，该技术已成功应用于各种介入性导管的表面功能化，包括导尿管、血管导管和胃肠道导管[5]、[6]、[7]、[8]。
常用的介入性导管聚合物材料包括聚氨酯、硅橡胶、聚酰胺和聚氯乙烯（PVC）[9]、[10]。其中，PVC因其低成本、优异的机械强度、化学耐受性和高透明度（透光率>90%）[11]、[12]、[13]而成为临床导管产品的主流材料。然而，PVC固有的强疏水性导致表面润湿性差和初始摩擦系数高，即使经过水润湿也难以降低。在临床实践中，这会显著增加导管与黏膜组织之间的摩擦阻力，使黏膜容易受到物理磨损，并引发并发症，如黏膜撕裂、出血和局部炎症[14]、[15]、[16]。
为了解决这一问题，传统临床做法通常在导管表面涂覆甘油、硅油或石蜡油等润滑剂以暂时降低摩擦[17]。但这些方法存在局限性：这些润滑剂容易被体液或导管移动冲走，需要多次术中重新涂抹，增加了操作复杂性。涂抹不均匀还可能导致摩擦系数局部波动，影响手术安全性。此外，体内残留的矿物基润滑剂可能引发异物反应，进一步增加感染风险，无法满足临床对安全性和便利性的要求[18]。因此，迫切需要开发持久的PVC表面改性策略。水诱导高润滑涂层是一个理想的解决方案，可以有效优化医疗PVC导管的表面性能，显著提高介入性医疗设备在临床使用中的安全性和舒适性。
目前，制备润滑涂层的常用方法包括等离子体处理、紫外接枝、表面交联和原子转移自由基聚合[19]、[20]、[21]、[22]、[23]。针对水诱导高润滑涂层的聚合物材料研究主要集中在聚丙烯酰胺（PAAm）、聚维吡咯烷酮（PVP）、聚乙二醇（PEG）及其衍生物，以及改性的天然聚合物（壳聚糖、透明质酸）[24]、[25]、[26]、[27]、[28]、[29]上。其中，PVP因其独特的分子特性而受到广泛关注：该聚合物具有优异的水溶性和生物惰性（即不参与人体代谢），能显著减少血小板和纤维蛋白原在材料表面的附着，并抑制病毒感染[30]。
研究人员已在PVC基底上实现了良好的亲水润滑效果。Cai等人[31]通过丙烯酰胺（AAm）、壳聚糖（CS）和PVP的协同组装，结合银纳米颗粒（AgNPs）的原位还原和紫外辅助接枝，制备了季铵盐复合水凝胶涂层。尽管Ag+的持续释放赋予了长期的抗菌性能，并将接触角（WCA）降至37.3°，但两步工艺较为复杂，未能系统优化导尿管所需的润滑性能。Bai等人[32]采用等离子体活化-紫外引发聚合策略，在PVC表面接枝丙烯酸和Pluronic? F127共聚物，形成了仿生黏膜涂层。尽管在模拟体液中的润滑稳定性优异，但该方法依赖高能耗设备和专用原料，使得一次性医疗材料的生产成本过高。此外，这类方法缺乏基底通用性。例如，Hayeong Jang等人[33]使用PVP和交联的聚乙二醇丙烯酸酯（PEGDA）在聚丙烯（PP）上制备了混合水凝胶膜，PVP:PEGDA比例为1:1时，水稳定性得到提升，接触角降至29°，粘附强度比纯PVP膜提高了54倍。然而，涂层在水中浸泡20分钟后开始降解，且摩擦系数（COF）未进行测定，限制了其医疗应用。总之，现有的PVC医疗导管亲水润滑涂层仍存在制备工艺复杂、涂层粘附性差、耐久性不足或原材料成本高的问题。进一步简化制备工艺、降低成本以及提高涂层在体液环境中的稳定性和耐久性是未来研究的关键方向。
本研究提出了一种简单高效的方法，在PVC表面制备水诱导高润滑涂层。该方法结合了表面桥接和浸渍技术，通过添加PVP、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷（KH550）和季戊四醇三丙烯酸酯（PETA）来制备涂层。在该复合体系中，亲水性PVP聚合物链嵌入PETA的互穿网络中，作为主要的润滑成分；吸水后形成水合层，促进界面润滑。KH550作为分子桥梁，与润滑涂层和PVC基底形成共价键，将涂层牢固地锚定在基底表面。除了优异的亲水性和润滑性能外，这些涂层还具有出色的耐磨性、动态润湿性能和环境稳定性。这种简单且经济有效的制备方法对于提升医疗PVC材料的表面功能性和减轻患者不适至关重要。
材料
聚维吡咯烷酮（PVP）购自上海Macklin生化有限公司（中国）。季戊四醇三丙烯酸酯（PETA）来自上海Line Technology Development有限公司（中国）。乙醇和乙酸乙酯由上海Aladdin生化科技有限公司提供。过氧化苯甲酰（BPO）购自长沙中意有限公司（中国）。γ-氨基丙基三乙氧基硅烷（KH550）购自济南兴飞龙化工有限公司（中国）。
结果与讨论
图2展示了WHL-PVC的制备过程。首先，将PVP、PETA、BPO和KH550依次溶解在特定混合溶剂中并搅拌，形成润滑溶液。然后将PVC基底浸入该溶液中，并在烤箱中热固化得到WHL-PVC。热固化过程中，KH550水解生成硅醇，与PVC表面的含氧基团结合形成Si–O–C键，实现涂层的化学锚定。
结论
总之，本研究成功开发了一种简单、高效且经济的方法，在PVC表面制备水诱导高润滑涂层。该涂层利用PVP提供润滑性，PETA形成交联网络以增强机械强度，KH550通过Si–O–C共价键加强界面粘附。通过系统优化组分比例，确定了WHL-PVC的最佳配方为PVP:PETA = 2.5:1，KH550的用量为...
作者贡献声明
XuYu Long：撰写 – 原稿撰写，正式分析。
ZhiQing Yuan：撰写 – 审稿与编辑，监督，资金获取。
ShiMing Fu：验证。
ZeXin Dai：数据管理。
Rui He：数据可视化。
Qian Su：实验研究。
KangLi Yang：方法学设计，资金获取，概念构思。
ShouTong Meng：资源协调。
CanCheng Li：数据管理。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本工作得到了湖南省教育委员会（编号：20A158）的资助。
