[发明专利]一种具有光热/铜协同抗菌功能的聚多巴胺/聚乳酸/纳米铜复合纤维膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种具有光热/铜协同抗菌功能的聚多巴胺/聚乳酸/纳米铜复合纤维膜的制备方法，该方法综合了聚乳酸良好的生物相容性和可降解性，聚多巴胺对金属离子的螯合作用和还原性，铜纳米粒子的广谱抗菌性、抗细菌耐药性和对近红外光的响应性等各自特点，以及静电纺丝技术在构建形貌可控的仿生纤维结构方面的独特优势，制备的复合纤维膜能模拟体内的天然细胞外基质，加速血管生成和刺激骨形成，且通过光热/纳米铜协同抗细菌感染，从而促进骨组织修复，作为骨修复材料能广泛应用于骨损伤修复和骨缺损治疗领域。

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光热/铜协同抗菌功能的聚多巴胺/聚乳酸/纳米铜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。

聚多巴胺(Polydopamine, PDA)通过多巴胺自聚合得到，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，聚多巴胺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；此外邻苯二酚的结构对金属离子具有螯合作用，可以原位还原和稳定金属离子，同时由于聚多巴胺具有亲水性基团-NH₂和-OH，还可用于改善材料的亲水性能。

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。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。

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。温和的工艺条件使静电纺丝技术在包封药物时保持分子结构完整性方面具有明显的优势，且纳米纤维在一定程度上可以减缓药物的释放，在骨组织工程中具有重要的应用价值。

基于此，综合聚乳酸良好的生物相容性和可降解性，聚多巴胺对金属离子的高亲和力、还原能力和近红外光响应性，铜纳米粒子的广谱抗菌性、抗细菌耐药性和光热效应等各自特点，以及静电纺丝技术在构建形貌可控的仿生纤维结构方面的独特优势，本发明提供一种具有光热/铜协同抗菌功能的聚多巴胺/聚乳酸/纳米铜复合纤维膜的制备方法。

发明内容