[发明专利]聚醚醚酮三维多孔化并修饰聚多巴胺/庆大霉素用于植入物抗菌、抗炎及促进骨整合

说明书

本发明公开了一种聚醚醚酮简单的多孔化和一步沉积法，用聚多巴胺和庆大霉素涂层修饰三维多孔聚醚醚酮表面，实现抗菌、调节巨噬细胞极化和炎症反应，从而防止细菌定植并促进骨整合。该发明体外研究结果表明，聚多巴胺/庆大霉素修饰的多孔聚醚醚酮更易诱导巨噬细胞向M2型分化，并且对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌有较强的连续杀灭作用，具有较好的抗菌和抗炎能力，可作为临床骨科新型植入材料。体内实验结果表明三维多孔聚醚醚酮表面修饰聚多巴胺/庆大霉素能够较好地控制细菌感染促进骨整合。本发明表明，聚醚醚酮多孔化可以实现同时固定聚多巴胺和庆大霉素，使得表面活性化的聚醚醚酮具有抗菌、抗炎和骨整合能力，在再生医学中具有较大的应用潜力。

技术领域

本发明涉及骨科种植材料表面改性的应用领域，具体地，涉及对三维多孔化材料。

背景技术

（1）聚醚醚酮（PEEK）及其各种共聚物不仅具有优异的机械性能和良好的耐化学性使其被认为是有希望能够替代金属和陶瓷骨科植入物，而且PEEK具有接近天然骨的硬度。这有助于防止通常在由金属组成的较硬植入物周围观察到的应力屏蔽。此外，PEEK由于具有良好的延展性和耐化学性，比陶瓷材料容易加工。这种弹性有助于提高牙冠的性能，能够防止在咀嚼咬合的过程中发生断裂并且在它们受到生物腐蚀时不会像金属植入物那样释放有毒的副产物。尽管PEEK和含碳纤维的PEEK复合材料在骨科植入物中应用广泛，但是其表面的生物惰性大大的限制了它们的临床应用。

（2）多巴胺（DA）作为典型的儿茶酚类衍生物，在研究中一般被用作底物，在碱性环境中，多巴胺可以发生自氧化聚合形成聚多巴胺。

（3）庆大霉素（GS）庆大霉素是一种氨基糖苷类药。其作用机制是作用于细菌体内的核糖体，抑制细菌蛋白质合成，并破坏细菌细胞膜的完整性。庆大霉素对铜绿假单胞菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌（不包括耐甲氧西西林菌株）有较强的抗菌活性。

发明内容

（1）本发明的目的是利用简单磺化，在PEEK表面形成三维多孔化结构，诱导巨噬细胞向M2型转化；并通过多巴胺在碱性条件下自聚合形成聚多巴胺同时负载庆大霉素，使改性的聚醚醚酮具有抗菌、抗炎和骨整合的能力。该方法操作简单，作为临床骨科植入材料具有很大的潜力。

（2）为了实现上述目的，一种聚醚醚酮三维多孔化并修饰聚多巴胺/庆大霉素用于植入物抗菌、抗炎及促进骨整合的方法，其特征在于，包括以下步骤：

在室温下将医用级别的聚醚醚酮放入浓硫酸中并搅拌一定的时间，结束后洗净样品；将此样品浸没于配制好的多巴胺和庆大霉素的混合溶液中，即得到具有抗菌、抗炎及促进骨整合能力的样品。

所选取的聚醚醚酮为医用级别，浓硫酸属于分析纯级别的。

本发明为了优化磺化时间，还设定了4个系列浓硫酸磺化时间，即SPEEK0.5时间为0.5分钟、SPEEK3时间为3分钟、SPEEK5时间为5分钟和SPEEK10时间为10分钟，以未处理的聚醚醚酮为对照；将所有磺化时间不同的SPEEK样品用丙酮、无水乙醇、去离子水各超声洗涤3次，每次洗涤15min，然后将洗净的样品在120℃条件下水热处理4小时；尽量去除样品残留的硫元素。

所述的多巴胺和庆大霉素的混合溶液的pH=8.5；在反应体系中，多巴胺的浓度为2mg/ml,庆大霉素的浓度为3mg/ml。

在上述反应体系中，浓硫酸磺化样品需要放置在混合溶液中12h, 室温下进行。

上述反应后的具有抗菌、抗炎及促进骨整合能力的样品去离子水洗净并室温干燥。

本发明将制备好的具有抗菌、抗炎及促进骨整合能力的样品针对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌进行体外抗菌实验；并通过RAW264.7与样品进行共培养，取细胞上清液用ELISA试剂检测盒能分别用于检测M1型巨噬细胞分泌的细胞因子TNF-α及IL-6和M2型巨噬细胞分泌的细胞因子IL-4及IL-10。