[发明专利]一种具有骨诱导和协同抗菌功能的聚吡咯@纳米铜/帕米膦酸二钠复合涂层的制备方法

说明书

本发明公开了一种具有骨诱导和光热/铜协同抗菌功能的聚吡咯@纳米铜/帕米膦酸二钠复合涂层的制备方法，该方法利用具有螯合能力和药物掺杂作用的聚吡咯对骨诱导剂帕米膦酸二钠和光热协同抗菌剂铜纳米粒子进行双重调控，来制备兼具骨诱导和光热/铜协同抗菌功能的复合涂层，该复合涂层通过脉冲电化学沉积技术能负载到人工骨生物医用材料如钛及其合金基底上，一方面能模拟体内的天然细胞外基质，快速促进成骨和血管生成，另一方面具有快速、持久抗细菌感染的效果，能广泛应用于骨损伤修复和骨缺损治疗领域。该制备方法操作简便，成本低廉，制得的复合涂层作为骨修复材料具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种医用高分子复合材料的制备方法，特别是涉及一种具有骨诱导和光热/铜协同抗菌功能的聚吡咯@纳米铜/帕米膦酸二钠复合涂层的制备方法。

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。

聚吡咯（Polypyrrole，PPy）是一种能通过电化学方法制备、具有良好生物相容性的导电高分子，其不仅可作为金属离子的稳定剂，而且氧化后携带的正电荷能与电解液中的带电离子发生静电作用而加强其稳定性，从而在药物递送方面被广泛应用。利用聚吡咯在电化学状态下氧化-还原状态的转变，在吡咯单体聚合过程中，阴离子药物被纳入聚合物中，以中和由氧化引起的正电荷，能达到药物作为掺杂剂掺入聚吡咯主链中的目的。

帕米膦酸二钠（Pamidronate disodium）是一种双膦酸盐，作为破骨细胞的有效抑制剂可以调节骨代谢，被广泛用于治疗多种骨吸收过度的疾病。由于帕米膦酸二钠对钙离子具有很高的亲和力，在吸附双磷酸盐的骨组织表面可以形成新骨，从而在在实际上加速了骨骼的再生。

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。铜是人体必需的微量元素，铜纳米粒子(Copper nanoparticles, Cu-NPs)具有广泛的抗菌性和抗细菌耐药性能，且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，其杀菌机制首先是铜Cu-NPs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Cu-NPs的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，Cu-NPs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。值得注意的是，铜可以从死细菌中游离出来并重复上述循环，能够实现持久抗菌；此外铜纳米粒子还可以刺激骨的形成，促进血管生成，从而进一步促进骨组织修复。因此将铜纳米粒子引入骨修复复合材料能赋予后者快速、持久抗菌性能和成骨性能。

脉冲电化学沉积技术（Pulse electrochemical，PED）利用氧化-还原电位之间的切换，能在复杂的基底表面构建均匀的复合涂层，而且能通过调节电化学参数来精准控制涂层形态。设计理想的仿生复合涂层用于细胞粘附和增殖，促进新组织生长，并且防止早期细菌感染的发生。在骨组织工程中具有重要的应用价值。

基于此，综合聚吡咯对金属离子的螯合能力和药物掺杂作用，铜纳米粒子的广谱抗菌性、抗细菌耐药性和光热效应，帕米膦酸二钠的骨诱导性等各自特点，以及脉冲电化学沉积技术在构建形貌可控的复合涂层结构方面的独特优势，本发明提供一种具有骨诱导和光热/铜协同抗菌功能的聚吡咯@纳米铜/帕米膦酸二钠复合涂层的制备方法。

发明内容