[发明专利]一种快速抗菌/抗氧化活性的聚乳酸/单宁酸/铁/半胱氨酸骨诱导复合纤维膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种快速抗菌/抗氧化活性的聚乳酸/单宁酸/铁/半胱氨酸骨诱导复合纤维膜的制备方法，该方法首先采用静电纺丝技术制备了聚乳酸纤维基底，采用自组装法，将单宁酸三价铁离子鳌合，并将半胱氨酸通过迈克尔加成反应接枝在其表面，该方法综合了聚乳酸良好的生物相容性，单宁酸良好的抗氧化活性和对铁离子的螯合作用，铁具有广谱抗菌性及单宁酸‑铁配合物强化其对近红外光的响应等特性，该配合物在光热强效抗菌的同时，又可清除局部过量累积的活性氧，表现出抗氧化能力并刺激细胞增殖和促进成骨，作为骨修复材料具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于医用高分子复合材料技术领域，特别是涉及一种快速抗菌/抗氧化活性的聚乳酸/单宁酸/铁/半胱氨酸骨诱导复合纤维膜的制备方法。

背景技术

全世界数百万患者患有骨疾病或骨缺损，骨修复材料的研发是亟需解决的难题，理想的人工骨合成生物材料应该具有良好的生物相容性、生物活性、骨诱导性和抗菌性。

聚乳酸（Polylactic acid，PLLA）由于其良好的生物相容性、可生物降解、无毒等优点，已经被美国食品药品监督管理局（FDA）批准用于临床应用，在临床上主要应用于引导骨组织再生、药物输送、软组织修复等，是目前人工骨生物医用材料的研究热点之一，但缺乏骨诱导和抗菌性能，这限制了它在骨组织工程中的应用。

单宁酸(Tannic acid，TA)是一种天然的抗氧化剂，具有一定的还原能力和抗菌性，而且能够响应近红外光。由于具有邻苯二酚的结构特点，TA被广泛用于基底表面修饰，用以改善材料与基底间的粘附性；此外TA具有抗氧化功能，当活性氧(ROS)的平衡因缺乏抗氧化剂或ROS产生系统的突变而被打破时，异常过量的ROS会通过损害蛋白质、脂质和DNA对人类造成病理上的有害影响。因此，清除过量ROS是十分必要的。据报道，氧化锰纳米颗粒、二氧化铈纳米颗粒、TA、没食子酸等都能有效地消除ROS，虽然几种金属氧化物表现出很强的ROS清除能力，但存在生物相容性差和潜在毒性等问题，TA这种天然的抗氧化剂就避免了这个问题，同时TA比其他天然抗氧化剂更稳定。因此，TA引入骨修复复合材料能赋予材料抗氧化性能。

骨感染是临床骨修复过程中急需攻克的难题，由于细菌所引起的骨感染会损害骨组织的愈合修复能力，导致植入物植入失败，因此研发具有抗菌性能的植入材料成为目前研究热点之一。骨感染主要由细菌感染引起，及时有效的杀死组织表面的细菌并抑制细菌生物膜的形成是抑制感染、促进骨组织愈合的关键所在。目前常见的治疗骨感染的方法是清创术和全身抗生素治疗，但在长期或过度使用抗生素会增加手术风险和产生耐药。因此，提高生物材料的细菌耐药性、抗骨感染能力成为亟待解决的难题。铁是人体必需的微量元素，三价铁离子(Ferric ion, Fe³⁺)具有广泛的抗菌性和抗细菌耐药性能，单宁酸与三价铁形成的配合物对近红外光具有响应性，在临床上被应用于杀灭生物材料上的细菌，其杀菌机制首先是Fe³⁺在细菌的细胞膜中积累和溶解，改变了细菌膜的通透性杀死细菌，其次水在TA-Fe配合物在近红外光的催化作用下产生了活性氧导致蛋白质功能障碍，从而杀死细菌，TA-Fe配合物对近红外光有响应，使得近红外光被吸收转化为热，进一步加强杀菌效果。因此将Fe³⁺纳米粒子引入骨修复复合材料能赋予材料快速、持久抗菌性能。

L-半胱氨酸(L-Cysteine，Cys)，一种生物体内常见的氨基酸。Cys增加了 IGF-I的 mRNA 表达，生长板中的软骨内细胞增殖导致骨骼生长。Cys增加了生长板厚度(生长板厚度是线性骨生长的直接指标)。Cys通过 JAK2-STAT5 的磷酸化促进线性骨生长。Cys提高了胫骨骨密度(BMD)。Cys改善了骨骼参数（它增加了骨体积分数、骨小梁厚度、骨小梁数量、连接密度，并降低了总孔隙率）。同时，Cys中的巯基中含有的硫元素，对骨骼生长也具有促进作用。因此将Cys引入骨修复复合材料能赋予材料成骨性能。

静电纺丝技术可构建形貌可控、有类似于天然细胞外基质(Extracellularmatrix, ECM)的纤维结构，设计理想的仿生环境用于细胞粘附和增殖，促进新组织生长在骨组织工程中具有重要的应用价值。