[發明專利]一種用于鎂合金表面改性的可生物降解抗菌聚(酯)-聚(弱兩親性丙烯酸)共聚物涂層

有效

• 申請號: 202010033590.3
• 申請日: 2020-01-13
• 公開（公告）號: CN113105826B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 林煒;郭夢蕓;吳曉波;吳尖輝;王春華
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C08G81/02
• 分類號: C08G81/02;A61L27/58;B05D7/14;B05D7/24
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本發明公開了一種用于鎂合金表面改性的可生物降解抗菌聚(酯)?聚(弱兩親性丙烯酸酯)共聚物涂層，其制備方法是2?亞甲基?1,3?二氧烷與弱兩親性丙烯酸酯類單體在引發劑的存在下通過自由基開環聚合反應一步合成具有如下結構的涂層：其中，R為含手性環狀結構的單元。結構中的酯基賦予共聚物涂層可降解性能，R基團為涂層提供抗菌性能；通過調節反應物2?亞甲基?1,3?二氧烷與弱兩親性丙烯酸酯類單體的摩爾比，可以制得具有不同降解速率和抗菌性能的共聚物涂層。采用浸涂法將其涂覆于鎂合金，不僅可以賦予鎂合金良好的抗菌性能，而且能夠根據需求來控制鎂合金的降解速率。

技術領域

本發明涉及生物醫用高分子涂層材料領域，具體涉及一種用于鎂合金表面改性的可生物降解抗菌聚(酯)-聚(弱兩親性丙烯酸)共聚物涂層。

背景技術

作為新一代可生物降解的骨科內固定金屬材料，鎂合金已成為生物材料領域的研究熱點，并越來越受到材料、生物和醫學界的關注和重視。其主要原因有：1. 鎂 (Mg) 是人體內第四富有的金屬元素，是骨骼和肌肉的重要組成部分，參與已知的近300種酶催化反應；2. 與傳統高剛度的骨科內固定材料如不銹鋼、鈦合金等相比，鎂合金具有與人體骨骼相近的剛度，可避免在骨折康復的后期，骨組織因為得不到足夠的力學刺激而造成的骨質疏松等癥狀；3. 鎂合金具有很好的化學反應活性，在體內可生物降解形成Mg(OH)₂和H₂，避免二次取出手術對患者造成傷害，且降解產物鎂離子作為骨生長因子能夠促進骨折的愈合；4. 鎂合金具有很好的生物相容性。然而，研究表明在體液環境中鎂合金材料的降解速率過快，甚至超過了骨折的愈合速率，往往骨折尚未愈合，鎂合金便已降解完全，此外作為外來植入材料，還很容易受到細菌的感染，這大大制約了鎂合金的臨床應用推廣。因此，研發降解速率可控和具有優良抗菌性能的鎂合金材料，是將其作為骨科內固定材料在臨床應用推廣的關鍵因素。

制備降解速率可控的鎂合金材料途徑包括合金優化、表面涂層改性兩種。但是由于金屬元素在鎂合金中的固溶度較小且受到生物相容性的限制，導致合金優化法存在較大的挑戰。涂層改性被認為是提高鎂合金表面性能最簡單有效的方法，其中，可生物降解高分子因具有良好的生物相容性、可降解性、易功能化特點，是鎂合金表面改性的理想涂層材料。聚己內酯 (PCL) 是由ε-己內酯開環聚合制得結構為[CH₂-(CH2)₄-COO]_n的熱塑性聚酯，因結構中含有酯基，使其具有良好的可生物降解性，此外還具有良好的生物相容性和熱穩定性等優點；將PCL涂覆在鎂合金表面，能夠很好地減緩鎂合金的降解速率。

但PCL涂層本身并不具有抗菌性能，因而在PCL涂覆在鎂合金的植入過程中很容易造成細菌感染，嚴重的威脅著人類的生命安全，據統計，全球因細菌感染而死亡的人數約占總死亡人數的20 %。因此提高PCL高分子的抗菌性能，對其作為涂層應用于生物醫用鎂合金，同樣顯得尤為重要。傳統的抗菌策略大多都是通過物理或者化學的方法將殺菌劑或者抗生素引入高分子涂層中，通過涂層表面與細菌接觸達到殺死細菌的目的，雖然此法能在短時間內較好地改善高分子涂層的抗菌性能，但容易產生耐藥型超級細菌，此外被殺死細菌很容易黏附在高分子涂層表面，進而阻止高分子涂層與后續的細菌接觸，最終使高分子涂層失去抗菌性能。因此開發非殺菌的環境友好型抗菌涂層越來越受到研究者和臨床醫護人員的青睞。2012年，Morgan R. Alexander課題組首次發現結構中含有環烴和酯基的弱兩親性丙烯酸酯類單體如丙烯酸異冰片酯等具有優異的抗細菌黏附性能，不同于傳統的殺菌策略，此類單體的抗菌機理主要與細菌的細胞膜識別蛋白、鞭毛和菌毛等表面結構有選擇的“識別”材料表面化學性質有關。且這類丙烯酸酯類單體還具有良好的生物相容性，這非常符合生物醫用鎂合金對抗菌涂層材料的要求。將弱兩親性丙烯酸酯類單體引入到PCL涂層后，非常適合體內需要降解的植入材料的抗菌改性。