1. 醫用高分子材料表界面
材料表面直接與外部相接觸，其表面性質對后續應用至關重要，因此通過有效的方法來控制和調節表面物理化學性質，使材料具有摩擦性、粘附性、浸潤性、導電性、抗菌性、生物相容性等。醫用材料作為材料之一，其功能性主要通過醫用材料表面與生物環境接觸而表現出來，因此需要對醫用材料表面進行功能化改性，否則會產生細菌引發感染、凝血引發血栓等。
自2017年起研究團隊開展了系列聚電解質復合物醫用功能涂層體系研究及應用（見圖1），先后設計及制備了聚陽離子-陰離子表面活性劑、聚陰離子-陽離子表面活性劑、單寧酸大分子-陽離子表面活性劑復合物的體系，并將上述功能復合物作為涂層應用制備抗菌醫用導管器械（中心靜脈導管、導尿管、留置針套管）。該復合物具有水不溶、醇溶特性，可在多種形狀/材料基底快速形成較為穩定、無色透明涂層，涂層具有良好的抗菌性以及生物相容性能；但上述體系僅通過非共價相互作用方式的聚電解質復合物涂層在復雜的加工環境（如各種有機試劑）和患者人體環境（如高濃度電解質、不同pH值尿液）中的穩定性不持久，僅用于短期留置類醫用導管器械。基于此，進一步設計了穩定、殺菌型的醫用導管聚電解質復合物涂層；通過肝素鈉與后期可化學交聯的有機硅季銨鹽一步組裝得到了肝素鈉醇溶性復合物。復合物涂層內部及與表面之間形成的化學交聯結構提高了涂層在高濃度鹽溶液、各種有機試劑中的穩定性，同時可獲得抗菌和抗凝血功能。另外，針對醫用導管植介入后細菌、蛋白、血小板等細胞在表面的黏附問題。又設計了一種成分可調節的聚電解質，與有機硅季銨鹽形成的復合物，該復合物涂層兼具抗菌、抗粘附、低摩擦及穩定的多功能醫用導管涂層。
圖1 研究團隊設計和制備的系列聚電解質復合物醫用功能涂層體系
2. 季硫鹽抗菌肽設計及合成
抗生素濫用所導致的細菌耐藥性問題已經對人類的生命健康構成了嚴重威脅。因此，針對耐藥細菌的新型抗菌藥物研發顯得尤為緊迫。抗菌肽（AMPs）因其獨特的抗菌機制，相較于抗生素更不易使細菌產生耐藥性。然而，抗菌肽較高的毒性是限制其發展和應用的重要障礙，因此，實現抗菌肽對細菌和正常細胞的更高選擇性一直是廣大研究者所不斷追求的目標。
研究團隊通過模擬維生素U的季锍鹽結構，利用NCA開環反應合成了一系列星狀季锍鹽抗菌肽（圖2）。獲得的季锍鹽抗菌肽（G2-PM-1H+）不僅具有廣譜抗菌性能，而且對血細胞與細菌的選擇性高達16000（HC10/MIC）。此外，該季锍鹽抗菌肽可以通過調節側鏈的陽離子化程度實現對革蘭氏陽性菌與革蘭氏陰性菌的細菌種類選擇性。針對MRSA抗菌實驗中，G2-PM-1H+相比于萬古霉素可以迅速殺滅MRSA，并且有效防止MRSA生物膜形成。
圖2. 維生素U結構啟發的季锍鹽抗菌肽的結構設計及其選擇性與抗菌機制
3. 留置與介入類醫療器械
留置與介入器械應用量大、面廣，產值超過300億元。這類器械使用過程易產生并發癥，如：細菌感染、血栓、靜脈炎等。針對該產業共性問題，開展溫敏型聚氨酯合金材料制備、醫用導管精密擠出成型及材料/器械表面抗感染功能改性研究（圖3）。分別從材料、加工和表面改性角度解決該類器械置入高模量/體內柔順性間相互矛盾、管路粗糙度和尺寸公差大與人體作用強和疏水性表面易引發凝血、細菌感染，摩擦力大等引起并發癥主要因素。圍繞高分子改性方法與性能關系、表面與血液、細胞和細菌間作用關系關鍵科學問題，實行構建低并發癥留置與介入器械從基礎、應用基礎到產業化的研發模式。研發出的留置期長、體溫智能響應型留置針外周精密套管專用材料與器械具有生物相容性好、留置時間長、并發癥發生率低等優點，與威高集團合作獲一次性使用靜脈留置針醫療器械注冊證3件（III類），該研究被中央電視臺財經頻道、山東省新聞聯播和《大眾日報》作為改革創新典型成果給予重點報道。
圖3. 介入類醫用導管精密加工成型及產業化