具有近红外响应的可控降解抗菌涂层及其制备方法和应用与流程

本发明属于生物医学功能涂层，具体涉及一种具有近红外响应的可控降解抗菌涂层及其制备方法和应用。

背景技术：

1、生物可降解材料因其能避免二次手术，缩短康复周期，减轻患者痛苦，成为医疗材料研究热点之一。目前生物可降解材料主要包括高分子聚合物和金属材料，相较于高分子聚合物材料，机械性能更优异的金属材料成为骨科植入材料的首选。其中镁基材料的密度、杨氏模量与人骨接近，可有效缓解应力屏蔽效应，在植入前期具有良好承载能力促进骨骼愈合与血管组织重建，与锌基体、铁基体等其他可降解金属相比，镁基体独特的生物相容性、低细胞毒性加速了成骨细胞在其表面的粘附。与此同时，镁基局部腐蚀产生的碱性环境有效抑制细菌吸附避免细菌感染，以上这些优势使得镁基体在骨植入材料中表现出巨大潜力。

2、但是，镁基体腐蚀速率过快，易破坏机械性能，不利于骨骼愈合，析氢严重，不利于伤口愈合，存在细菌入侵，伤口感染的隐患。为解决上述问题，提高镁基体耐蚀性和增加抗菌功能，目前应对策略主要以下两种。(1)抗菌金属合金化：中国专利cn202310204112.8报道的在镁基体中添加氯化锶微粒提高耐蚀性，同时基体降解释放的锶离子可促进骨组织生长；中国专利cn202111241201.7报道的一种可控降解的成分梯度mg zn si gd合金，然而上述合金需通过铸造、热处理、搅拌摩擦、轧制等一系列繁琐工艺制备而成，且金属掺杂调控复杂。为提高可控降解的镁基体抗菌性能，中国专利cn201810203593.x报道了在镁合金中通过激光选区熔融工艺，分散具有抗菌效果原位合成的纳米铜，mg2si、mgo纳米增强相制备高抗菌，可控降解的镁基植入材料，然而纳米铜粒子释放只能提供短期抗菌性能，无法满足长期有效抗菌性能。(2)制备涂层，例如cn201210127249.x报道的通过调节微弧氧化电解液成分，实现微弧氧化自封口，提高耐蚀性，制备的维护氧化层含钙，磷元素，相比金属基体，生物相容性得到提高。然而，无机涂层生物相容性差，耐蚀性不足，在骨植入应用方面面临挑战。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明提供一种无需经过复杂合金铸造、还能满足长期有效灭菌以及有良好生物相容性的抗菌涂层。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种具有近红外响应的可控降解抗菌涂层，所述涂层由涂层分散液、纳米填料混合制备成浆料，经涂覆，干燥，即得；

4、所述涂层分散液由生物降解材料溶于有机溶剂制得，其中，生物降解材料与有机溶剂质量体积比为2w/v％～10w/v％；

5、所述纳米填料为壳核结构，其中有机聚合物为壳，光敏剂为核，所述纳米填料质量为生物降解材质量的5％～10％。

6、进一步地，所述生物降解材料为聚乳酸、聚己内酯、壳聚糖、多巴胺、聚乳酸-羟基乙酸共聚物中任一种。

7、进一步地，所述有机溶剂为二氯甲烷、丙酮、乙酸乙酯、四氢呋喃、二甲亚砜中至少一种。

8、进一步地，所述纳米填料制备工艺如下：将光敏剂、表面活性剂、聚合物单体、聚合催化剂加入到去离子水中，常温反应12h，洗涤、离心、烘干，即得纳米填料。

9、进一步地，所述光敏剂和聚合物单体质量比为8：(3～7)。

10、进一步地，所述光敏剂为cus、mos2，zno，tio2，bivo4中至少一种。

11、进一步地，所述表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮，十二烷基硫酸钠中任一种；所述聚合催化剂为过硫酸铵，氯化铁中任一种。

12、进一步地，所述聚合物单体为多巴胺，吡咯，苯胺中至少一种。

13、上述抗菌涂层的制备方法，包括以下步骤：将生物降解材料溶于有机溶剂制得涂层分散液，向涂层分散液中加入纳米填料，在200～600w超声条件下混合20～40min，经涂覆，干燥，即得所述抗菌涂层。

14、上述抗菌涂层在骨骼愈合中的应用，将所述涂层涂覆在经表面处理后的镁基材料表面，干燥后形成抗菌涂层，通过光热调控植入镁基材料腐蚀速率，以实现促进骨骼愈合恢复、避免二次手术取出；

15、所述涂覆包括滴涂，浸渍、刷涂或者喷涂；

16、所述表面处理包括酸、碱溶液表面处理，微弧氧化，砂纸打磨

17、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

18、(1)本发明制备工艺简单，制备条件温和，无需经过复杂的金属处理加工过程，制备周期短，降低制造成本。

19、(2)该涂层无生物毒性，生物相容性高，提高镁基植入材料润滑性能，减少镁基植入材料对人体组织损伤程度，有效降低了生物机体对镁基植入材料的免疫排斥反应，增强了镁基植入材料与机体组织结合能力；且耐蚀性高，在非近红外触发条件下浸泡42天涂层防护性能依旧没有被破坏，保证镁基植入材料长期服役性能。

20、(3)使用能穿透人体浅表层皮肤，且对细胞组织无损害的近红外光作为外部触发源，根据涂层光热性能调节涂层分子间隙，可在20-40分钟近红外照射后，破坏涂层防护性能，达到控制镁基体植入材料腐蚀速率的目的调控镁基体腐蚀速率，可根据患者骨骼愈合情况随时进行外部调控。

21、(4)涂层在近红外调节镁基腐蚀速率的同时，光动力激发活性氧与光热效应协同抗菌，具备高效，快速，广谱抗菌性，且可通过调节近红外功率达到长期持续抗菌目的。

技术特征：

1.一种具有近红外响应的可控降解抗菌涂层，其特征在于，所述涂层由涂层分散液、纳米填料混合制备成浆料，经涂覆，干燥，即得；

2.根据权利要求1所述的抗菌涂层，其特征在于，所述生物降解材料为聚乳酸、聚己内酯、壳聚糖、多巴胺、聚乳酸-羟基乙酸共聚物中任一种。

3.根据权利要求1所述的抗菌涂层，其特征在于，所述有机溶剂为二氯甲烷、丙酮、乙酸乙酯、四氢呋喃、二甲亚砜中至少一种。

4.根据权利要求1所述的抗菌涂层，其特征在于，所述纳米填料制备工艺如下：将光敏剂、表面活性剂、聚合物单体、聚合催化剂加入到去离子水中，常温反应12h，洗涤、离心、烘干，即得纳米填料。

5.根据权利要求4所述的抗菌涂层，其特征在于，所述光敏剂和聚合物单体质量比为8：(3～7)。

6.根据权利要求4所述的抗菌涂层，其特征在于，所述光敏剂为cus、mos2，zno，tio2，bivo4中至少一种。

7.根据权利要求4所述的抗菌涂层，其特征在于，所述表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮，十二烷基硫酸钠中任一种；

8.权利要求4所述的抗菌涂层，其特征在于，所述聚合物单体为多巴胺，吡咯，苯胺中至少一种。

9.一种如权利要求1-8任一项所述抗菌涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将生物降解材料溶于有机溶剂制得涂层分散液，向涂层分散液中加入纳米填料，在200～600w超声条件下混合20～40min，经涂覆干燥后即得所述抗菌涂层。

10.权利要求1-8任一项所述抗菌涂层在骨骼愈合中的应用，其特征在于，将所述涂层涂覆在经表面处理后的镁基材料表面，通过光热调控植入材料腐蚀速率，以实现促进骨骼愈合恢复、避免二次手术取出；

技术总结
本发明提供一种具有近红外响应的可控降解抗菌涂层，所述涂层由涂层分散液、纳米填料混合制备成浆料，经涂覆，干燥，即得；所述涂层分散液由生物降解材料溶于有机溶剂制得，其中，生物降解材料与有机溶剂质量体积比为2w/v％～10w/v％；所述纳米填料为壳核结构，其中有机聚合物为壳，光敏剂为核，所述纳米填料质量为生物降解材质量的5％～10％。本发明制备的抗菌涂层涂覆在镁基材料表面，带干燥后，在近红外照射条件下具备抗菌性能，后续在骨骼愈合后期，可通过调节近红外照射条件，控制镁基材料的腐蚀率，以实现促进骨骼愈合恢复、避免二次手术取出的技术效果。

技术研发人员：董泽华,刘茜,潘景龙
受保护的技术使用者：武汉科思特仪器股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/8