一种用于镁合金表面改性的可生物降解抗菌聚(酯)-聚(弱两亲性丙烯酸)共聚物涂层

技术领域

本发明涉及生物医用高分子涂层材料领域，具体涉及一种用于镁合金表面改性的可生物降解抗菌聚(酯)-聚(弱两亲性丙烯酸)共聚物涂层。

背景技术

作为新一代可生物降解的骨科内固定金属材料，镁合金已成为生物材料领域的研究热点，并越来越受到材料、生物和医学界的关注和重视。其主要原因有：1. 镁 (Mg) 是人体内第四富有的金属元素，是骨骼和肌肉的重要组成部分，参与已知的近300种酶催化反应；2. 与传统高刚度的骨科内固定材料如不锈钢、钛合金等相比，镁合金具有与人体骨骼相近的刚度，可避免在骨折康复的后期，骨组织因为得不到足够的力学刺激而造成的骨质疏松等症状；3. 镁合金具有很好的化学反应活性，在体内可生物降解形成Mg(OH)

制备降解速率可控的镁合金材料途径包括合金优化、表面涂层改性两种。但是由于金属元素在镁合金中的固溶度较小且受到生物相容性的限制，导致合金优化法存在较大的挑战。涂层改性被认为是提高镁合金表面性能最简单有效的方法，其中，可生物降解高分子因具有良好的生物相容性、可降解性、易功能化特点，是镁合金表面改性的理想涂层材料。聚己内酯 (PCL) 是由ε-己内酯开环聚合制得结构为[CH

但PCL涂层本身并不具有抗菌性能，因而在PCL涂覆在镁合金的植入过程中很容易造成细菌感染，严重的威胁着人类的生命安全，据统计，全球因细菌感染而死亡的人数约占总死亡人数的20 %。因此提高PCL高分子的抗菌性能，对其作为涂层应用于生物医用镁合金，同样显得尤为重要。传统的抗菌策略大多都是通过物理或者化学的方法将杀菌剂或者抗生素引入高分子涂层中，通过涂层表面与细菌接触达到杀死细菌的目的，虽然此法能在短时间内较好地改善高分子涂层的抗菌性能，但容易产生耐药型超级细菌，此外被杀死细菌很容易黏附在高分子涂层表面，进而阻止高分子涂层与后续的细菌接触，最终使高分子涂层失去抗菌性能。因此开发非杀菌的环境友好型抗菌涂层越来越受到研究者和临床医护人员的青睐。2012年，Morgan R. Alexander课题组首次发现结构中含有环烃和酯基的弱两亲性丙烯酸酯类单体如丙烯酸异冰片酯等具有优异的抗细菌黏附性能，不同于传统的杀菌策略，此类单体的抗菌机理主要与细菌的细胞膜识别蛋白、鞭毛和菌毛等表面结构有选择的“识别”材料表面化学性质有关。且这类丙烯酸酯类单体还具有良好的生物相容性，这非常符合生物医用镁合金对抗菌涂层材料的要求。将弱两亲性丙烯酸酯类单体引入到PCL涂层后，非常适合体内需要降解的植入材料的抗菌改性。

为了克服现有技术存在的不足和缺陷，本发明公开了一种以2-亚甲基-1,3-二氧烷和弱两亲性丙烯酸酯类单体为原料，在引发剂的存在下通过自由基开环聚合反应一步合成了可降解的抗菌聚(酯)-聚(弱两亲性丙烯酸酯)共聚物涂层材料。通过调节反应物2-亚甲基-1,3-二氧烷与弱两亲性丙烯酸酯类单体的摩尔比，可以制得具有不同降解速率和抗菌性能的共聚物涂层。采用浸涂法将其涂覆于镁合金表面，不仅可以赋予镁合金良好的抗菌性能，而且能够根据需求来控制镁合金的降解速率。

发明内容

本发明提供了一种用于镁合金表面改性的可降解抗菌聚(酯)-聚(弱两亲性丙烯酸酯)共聚物涂层，其特征在于首先2-亚甲基-1,3-二氧烷与弱两亲性丙烯酸酯类单体在引发剂的存在下通过自由基开环聚合反应一步制备具有可降解和抗菌性能的聚(酯)-聚(弱两亲性丙烯酸酯)共聚物涂层，然后通过浸涂法将该共聚物涂层涂覆在镁合金表面。其具体制备方法如下：

(1) 将2-亚甲基-1,3-二氧烷和含手性环状结构的弱两亲性单体溶解在溶剂A中制得混合溶液，然后再往上述混合溶液中加入一定量的引发剂B，在60～90

其中R为含手性环状结构的单元，如：

(2) 采用恒温型浸渍提拉镀膜机将得到的聚(酯)-聚(弱两亲性丙烯酸酯)共聚物通过浸涂法涂覆在镁合金表面，具体参数为：下降速度500～3000

所述的一种用于镁合金表面改性的可降解抗菌聚(酯)-聚(弱两亲性丙烯酸酯)共聚物涂层，其特征在于所述的用于合成聚酯的环状单体为2-亚甲基-1,3-二氧烷。

所述的一种用于镁合金表面改性的可降解抗菌聚(酯)-聚(弱两亲性丙烯酸酯)共聚物涂层，其特征在于所述的用于合成聚(弱两亲性丙烯酸酯)单体为丙烯酸异冰片酯、丙烯酸(8-丙烯酰氧基-4-三环[5.2.1.02,6]癸基)酯和丙烯酸双环戊烯基酯中的一种。

本发明公开了一种用于镁合金表面改性的可降解抗菌聚(酯)-聚(弱两亲性丙烯酸酯)共聚物涂层，其制备方法是2-亚甲基-1,3-二氧烷与弱两亲性丙烯酸酯类单体在引发剂的存在下通过自由基开环聚合反应一步合成可降解抗菌聚(酯)-聚(弱两亲性丙烯酸酯)共聚物涂层。结构中的酯基赋予共聚物涂层可降解性能，弱两亲性的手性环状结构为涂层提供抗菌性能；通过调节反应物2-亚甲基-1,3-二氧烷与弱两亲性丙烯酸酯类单体的摩尔比，可以制得具有不同降解速率和抗菌性能的共聚物涂层。采用浸涂法将其涂覆于镁合金，不仅可以赋予镁合金良好的抗菌性能，而且能够根据需求来控制镁合金的降解速率。

具体实施方式

下面给出本发明的四个具体实施例，以具体说明用于镁合金表面改性的可降解抗菌聚(酯)-聚(弱两亲性丙烯酸酯)共聚物涂层的制备方法。

实施例1：将4.56 g 2-亚甲基-1,3-二氧烷、16 g 丙烯酸异冰片酯和1.64 g 光引发剂偶氮二异丁腈 (AIBN) 溶解在20 mL 二氧六环溶剂中，然后在氮气保护和紫外光照的条件下反应4 h。反应结束后，再往其中加入甲醇，使目标产物沉淀析出三次，然后在70

采用恒温型浸渍提拉镀膜机将得到的聚(酯)-聚(丙烯酸异冰片酯)共聚物通过浸涂法涂覆在镁合金表面。首先将长度为20 cm，半径为1cm的镁合金棒固定在提拉镀膜机下端，然后将聚(酯)-聚(丙烯酸异冰片酯)共聚物涂层溶解在二氧六环溶剂中，配置聚(酯)-聚(丙烯酸异冰片酯)共聚物质量百分含量为20 %的混合溶液，并置于镁合金棒的正下方，接着设置涂抹参数，具体为：下降速度1500

实施例2：将2.48 g 2-亚甲基-1,3-二氧烷、12 g丙烯酸(8-丙烯酰氧基-4-三环[5.2.1.02,6]癸基)酯和1.34 g 光引发剂偶氮二异丁腈 (AIBN) 溶解在15 mL 二氧六环溶剂中，然后在氮气保护和紫外光照的条件下反应3 h。反应结束后，再往其中加入甲醇，使目标产物沉淀析出三次，然后在70

采用恒温型浸渍提拉镀膜机将得到的聚(酯)-聚(丙烯酸(8-丙烯酰氧基-4-三环[5.2.1.02,6]癸基)酯)共聚物通过浸涂法涂覆在镁合金表面。首先将长度为20 cm，半径为1cm的镁合金棒固定在提拉镀膜机下端，然后将聚(酯)-聚(丙烯酸(8-丙烯酰氧基-4-三环[5.2.1.02,6]癸基)酯)共聚物涂层溶解在二氧六环溶剂中，配置聚(酯)-聚(丙烯酸(8-丙烯酰氧基-4-三环[5.2.1.02,6]癸基)酯)共聚物质量百分含量为20 %的混合溶液，并置于镁合金棒的正下方，接着设置涂抹参数，具体为：下降速度2000

实施例3：将6.45 g 2-亚甲基-1,3-二氧烷、8 g丙烯酸双环戊烯基酯和1.14 g 光引发剂偶氮二异丁腈 (AIBN) 溶解在20 mL 二氧六环溶剂中，然后在氮气保护和紫外光照的条件下反应4 h。反应结束后，再往其中加入甲醇，使目标产物沉淀析出三次，然后在70

采用恒温型浸渍提拉镀膜机将得到的聚(酯)-聚(丙烯酸双环戊烯基酯)共聚物通过浸涂法涂覆在镁合金表面。首先将长度为20 cm，半径为1cm的镁合金棒固定在提拉镀膜机下端，然后将聚(酯)-聚(丙烯酸(丙烯酸双环戊烯基酯)共聚物涂层溶解在二氧六环溶剂中，配置聚(酯)-聚(丙烯酸双环戊烯基酯)共聚物质量百分含量为20 %的混合溶液，并置于镁合金棒的正下方，接着设置涂抹参数，具体为：下降速度2500

实施例4：将1.25 g 2-亚甲基-1,3-二氧烷、7.46 g丙烯酸4-叔丁基环己酯和0.89g 光引发剂偶氮二异丁腈 (AIBN) 溶解在10 mL 二氧六环溶剂中，然后在氮气保护和紫外光照的条件下反应2.5 h。反应结束后，再往其中加入甲醇，使目标产物沉淀析出三次，然后在70

采用恒温型浸渍提拉镀膜机将得到的聚(酯)-聚(丙烯酸4-叔丁基环己酯)共聚物通过浸涂法涂覆在镁合金表面。首先将长度为20 cm，半径为1cm的镁合金棒固定在提拉镀膜机下端，然后将聚(酯)-聚(丙烯酸4-叔丁基环己酯)共聚物涂层溶解在二氧六环溶剂中，配置聚(酯)-聚(丙烯酸4-叔丁基环己酯)共聚物质量百分含量为20 %的混合溶液，并置于镁合金棒的正下方，接着设置涂抹参数，具体为：下降速度1800