[发明专利]Ti-PA-Ply自组装杀菌材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种Ti‑PA‑Ply自组装杀菌材料、制备及其应用，其制备方法包括：以钛片为基底，用天然生物化合物植酸(PA)和ε‑聚赖氨酸(Ply)抗菌肽的共修饰。PA和Ply通过其固有的亲和力和正电子基团与负电子基团之间的离子键形成在钛片表面的涂层。PA‑Ply的共沉积表现出非特异性的表面改性。并对PA‑Ply在钛片表面的物理化学特征进行了表征，揭示了聚合物装饰、表面元素和微观形貌。本发明制备的Ti‑PA‑Ply自组装杀菌材料具有反应步骤简化，反应条件温和，稳定性好等优点，在杀菌具有潜在的应用，同时亦具备抗细菌感染的作用。

技术领域

本发明属于抗菌材料领域，涉及一种Ti-PA-Ply自组装多功能材料及其制备方法和应用。

背景技术

由细菌生物膜引起的植入物相关感染(IAI)在植入物置换手术中非常普遍，严重的情况下需要进一步手术移除植入物或截肢。被浮游细菌感染的植入物会以生物膜的形式在表面进一步生长和定植，威胁到植入后的手术。此外，种植体表面生物膜的形成会阻碍骨再生，生物多样性的细菌病原体是造成结核病、肺炎和食源性疾病等主要致命疾病的唯一原因，这些疾病仍然是人类生存的严重关切。为解决这一问题，种植体表面改性是一种常见而有效的策略。

目前，人们对多种功能性抗菌涂料进行了研究，并将其分为两类:防污型和杀菌型。 防污涂层是被动的，保护植入物表面不受细菌粘附和感染，但不杀死微生物。亲水聚合物，如聚乙二醇(PEG)和两性离子聚合物的防污应用被广泛探索。另一方面，抗菌涂层直接杀死附着的浮游细菌，是抑制细菌定植的一种有效策略。 抗菌涂层中已经开发了许多有效载荷，包括抗菌肽、酶、铵化合物、金属纳米颗粒和光活性材料。 在大多数情况下，防污涂层可以保护植入物免受细菌感染。然而，这种活性覆盖层只能保护植入物不受细菌感染，而不能保护周围组织，这限制了植入物的临床转化效果。上述涂层对基材表面的改性是一个复杂的过程，需要研究一种快速、有效、生物安全的表面改性方法，以促进生物材料的应用。

利用PA的天然分子和Ply的天然抗菌肽，采用简化的方法对PA-Ply进行表面改性。PA天然分子从植物中提取，通过微生物发酵而成，对人体具有显著的生物相容性。 PA中丰富的磷酸基团可与TiO2等金属氧化物表面共价连接，PA还可用于功能材料和基质的交联。负电负性PA和正电层之间的离子键和氢键导致PA-Ply之间错综复杂的连接。 由于PA的亲和力，PA- ply可以在不同的表面上进行改性。 几十年来，钛一直被成功地用于牙科和矫形外科的人工种植，研究钛的表面改性是一件有趣的事情。 对Ti-PA-Ply进行了表面形貌、元素分析和亲水性研究。 在研究中，Ti-PA-Ply在体外和体内均表现出良好的抗菌性能。 并对PA-Ply涂层的细胞生长和生物相容性进行了分析。 结果表明，PA-Ply是一种具有抗菌的多功能涂层。

发明内容

1.一种Ti-PA-Ply自组装杀菌材料，其特征在于，以钛片为基底，天然生物化合物植酸PA和ε-聚赖氨酸Ply抗菌肽在钛片表面进行自组装反应共修饰，在钛片表面得到PA-Ply修饰的自组装多功能涂层；所述反应是指负电负性PA和正电层Ply之间的离子键和氢键导致PA-Ply之间错综复杂的连接，在钛片表面进行共沉积的涂层；且PA-Ply的共沉积表现出非特异性；PA中丰富的磷酸基团与钛片表面存在的TiO₂形成共价连接。

2.所述的一种Ti-PA-Ply自组装杀菌材料的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：

1）PA与Ply在6mL去离子水中混合，得到PA-Ply悬浮液；

2）钛片在去离子水中通过超声和涡流充分洗涤，并在60°C的烘箱中干燥；

3）将步骤2）所述的钛片放置在一个5厘米的培养皿中，将其用步骤1）所述的PA-Ply悬浮液浸泡进行静态沉积；所述的悬浮液在30 min内变为透明溶液；

4）室温下静置4小时后，用去离子水清洗悬浮液和底物后自然干燥，PA-Ply涂层在钛片上形成，得到Ti-PA-Ply自组装杀菌材料。