[发明专利]一种抗菌促成骨双功能钛金属骨科植入物及其制备方法

说明书

本发明公开了一种抗菌促成骨双功能钛金属骨科植入物及其制备方法，是在钛金属表面制备二氧化钛纳米管阵列膜后，再在表面接枝金属‑磷酸盐双层膜和PHMB。本发明获得的钛金属具有增强的抗菌性能和成骨活性，可以广泛用作临床医用材料。

技术领域

本发明涉及抗菌骨科植入物领域，具体为一种抗菌促成骨双功能钛金属骨科植入物及其制备方法。

背景技术

开放性骨折是骨科创伤中的常见病、多发病，是指由于直接或间接暴力因素，导致骨折部位的皮肤及软组织破裂，骨折端与外界直接相通，频发的各种交通事故所造成的开放性骨折亦日趋严重、复杂，治疗亦愈加困难。在开放性骨折的治疗中，有效控制感染是决定成功的关键。由于皮肤软组织的破损，导致骨质直接和外界相通并接触细菌而污染。随着细菌在伤口内的增值，逐渐导致严重的感染。即使患者能够得到及时正确的清创、冲洗、固定、闭合、抗感染等治疗，感染仍时有发生。最终可导致骨折不愈合、创伤性骨髓炎等，延长治愈时间，增加手术次数，而严重者甚至导致截肢或者死亡，给患者带来了巨大的精神和物质上的负担。据报道，各种不同类型的开放性骨折其感染率分别为I型0％到2％，II型2％到5％，IIIA型5％到10％，IIIB型为10％到50％，ⅢC型25％到50％。因此，如何更有效的控制感染成为临床医师最为关注的问题。近年来，随着越来越多抗生素缓释系统辅助治疗开放性骨折研究的开展，现已普遍认为，抗生素局部缓释系统在开放性骨折的治疗中具有重要的意义。局部抗生素缓释系统一方面可以准确的在病灶局部产生较高的药物浓度，同时又降低了血清药物浓度，从而降低了药物的毒副作用。但是局部抗生素的治疗存在抗生素过度使用导致多重耐药菌出现的问题，进而产生更大的风险。

钛(Ti)及其合金由于其出色的机械性能、耐腐蚀性和生物相容性而被广泛用作骨科、整形外科和牙科应用的可植入材料。但是，原始Ti表面是机会性病原体的良好繁殖地。此外，由于其生物惰性，原始Ti不能充分诱导或刺激特定的细胞行为，最终导致与周围骨组织的整合不良并阻碍新骨形成。原始Ti的这些缺点可能导致植入失败甚至组织坏死，严重时甚至需要移除植入物和重复手术，给患者带来疼痛和经济负担。因此，非常需要具有增强的抗菌活性和利于成骨细胞生长的Ti基植入物。

迄今，已经报道了可改善Ti基植入物生物活性的方法有水热处理、阳极氧化、微弧氧化和等离子体浸渍等。其中，阳极氧化法因制备工艺简单、成本低廉而被广泛用于蚀刻Ti基底并在其表面形成二氧化钛纳米管(TNT)。TNT的管状阵列结构可以扩大Ti的表面积，提高其表面粗糙度。此外，具有适当直径(约70nm)的TNT可有效改善Ti基底的生物活性。具体而言，TNT能够通过影响纤维蛋白原和纤连蛋白的吸附，调节细胞信号通路并通过其纳米粗糙度影响细胞反应，促进成骨前细胞的分化。此外，管状结构经常负载杀菌剂以赋予TNT抗菌能力。通常将重金属基杀菌剂如银加载到TNT中，然后释放TNT以发挥杀生物作用。然而，由于重金属离子/纳米粒子的剂量依赖性、细胞毒性等潜在的健康风险限制了该方法的规模化使用。同样，将抗生素负载到TNT中也可有效预防BAI的发生，但抗生素的过度使用又会导致多重耐药菌的出现，进而产生更大的风险。近年来，通过共价接枝在Ti基底表面引入具有抗菌活性的分子进而在其表面形成不可浸出涂层的方法，因其高稳定性和长效抗菌性而备受关注。

可通过共价接枝方式引入Ti基底的抗菌分子种类较多，如何选择合适的抗菌分子，并以恰当的方式将其接枝到Ti基底上，是该策略得以成功实施的关键，进而获得既具有较高的抗菌活性、又利于成骨细胞的生长，同时稳定性高的植入物。

近几年胍类抗菌剂在国内外作为新一代消毒剂经常被报道，常用的胍类抗菌剂有聚六亚甲基单胍和聚六亚甲基双胍及其聚胍类衍生物等。其特殊的高分子聚合物结构，使之毒性降低，且杀菌效果更加优异，已被广泛应用于医疗卫生、家庭生活、食品工业等各个领域，并且随着对胍类消毒剂性质和功效的研究，其应用得到了不断的发展。