[发明专利]一种用于镁合金表面改性的可生物降解抗菌聚(酯)-聚(弱两亲性丙烯酸)共聚物涂层

说明书

本发明公开了一种用于镁合金表面改性的可生物降解抗菌聚(酯)‑聚(弱两亲性丙烯酸酯)共聚物涂层，其制备方法是2‑亚甲基‑1,3‑二氧烷与弱两亲性丙烯酸酯类单体在引发剂的存在下通过自由基开环聚合反应一步合成具有如下结构的涂层：其中，R为含手性环状结构的单元。结构中的酯基赋予共聚物涂层可降解性能，R基团为涂层提供抗菌性能；通过调节反应物2‑亚甲基‑1,3‑二氧烷与弱两亲性丙烯酸酯类单体的摩尔比，可以制得具有不同降解速率和抗菌性能的共聚物涂层。采用浸涂法将其涂覆于镁合金，不仅可以赋予镁合金良好的抗菌性能，而且能够根据需求来控制镁合金的降解速率。

技术领域

本发明涉及生物医用高分子涂层材料领域，具体涉及一种用于镁合金表面改性的可生物降解抗菌聚(酯)-聚(弱两亲性丙烯酸)共聚物涂层。

背景技术

作为新一代可生物降解的骨科内固定金属材料，镁合金已成为生物材料领域的研究热点，并越来越受到材料、生物和医学界的关注和重视。其主要原因有：1. 镁 (Mg) 是人体内第四富有的金属元素，是骨骼和肌肉的重要组成部分，参与已知的近300种酶催化反应；2. 与传统高刚度的骨科内固定材料如不锈钢、钛合金等相比，镁合金具有与人体骨骼相近的刚度，可避免在骨折康复的后期，骨组织因为得不到足够的力学刺激而造成的骨质疏松等症状；3. 镁合金具有很好的化学反应活性，在体内可生物降解形成Mg(OH)₂和H₂，避免二次取出手术对患者造成伤害，且降解产物镁离子作为骨生长因子能够促进骨折的愈合；4. 镁合金具有很好的生物相容性。然而，研究表明在体液环境中镁合金材料的降解速率过快，甚至超过了骨折的愈合速率，往往骨折尚未愈合，镁合金便已降解完全，此外作为外来植入材料，还很容易受到细菌的感染，这大大制约了镁合金的临床应用推广。因此，研发降解速率可控和具有优良抗菌性能的镁合金材料，是将其作为骨科内固定材料在临床应用推广的关键因素。

制备降解速率可控的镁合金材料途径包括合金优化、表面涂层改性两种。但是由于金属元素在镁合金中的固溶度较小且受到生物相容性的限制，导致合金优化法存在较大的挑战。涂层改性被认为是提高镁合金表面性能最简单有效的方法，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、易功能化特点，是镁合金表面改性的理想涂层材料。聚己内酯 (PCL) 是由ε-己内酯开环聚合制得结构为[CH₂-(CH2)₄-COO]_n的热塑性聚酯，因结构中含有酯基，使其具有良好的可生物降解性，此外还具有良好的生物相容性和热稳定性等优点；将PCL涂覆在镁合金表面，能够很好地减缓镁合金的降解速率。

但PCL涂层本身并不具有抗菌性能，因而在PCL涂覆在镁合金的植入过程中很容易造成细菌感染，严重的威胁着人类的生命安全，据统计，全球因细菌感染而死亡的人数约占总死亡人数的20 %。因此提高PCL高分子的抗菌性能，对其作为涂层应用于生物医用镁合金，同样显得尤为重要。传统的抗菌策略大多都是通过物理或者化学的方法将杀菌剂或者抗生素引入高分子涂层中，通过涂层表面与细菌接触达到杀死细菌的目的，虽然此法能在短时间内较好地改善高分子涂层的抗菌性能，但容易产生耐药型超级细菌，此外被杀死细菌很容易黏附在高分子涂层表面，进而阻止高分子涂层与后续的细菌接触，最终使高分子涂层失去抗菌性能。因此开发非杀菌的环境友好型抗菌涂层越来越受到研究者和临床医护人员的青睐。2012年，Morgan R. Alexander课题组首次发现结构中含有环烃和酯基的弱两亲性丙烯酸酯类单体如丙烯酸异冰片酯等具有优异的抗细菌黏附性能，不同于传统的杀菌策略，此类单体的抗菌机理主要与细菌的细胞膜识别蛋白、鞭毛和菌毛等表面结构有选择的“识别”材料表面化学性质有关。且这类丙烯酸酯类单体还具有良好的生物相容性，这非常符合生物医用镁合金对抗菌涂层材料的要求。将弱两亲性丙烯酸酯类单体引入到PCL涂层后，非常适合体内需要降解的植入材料的抗菌改性。